pH pHf ∆pH 2,07 2,42 0,35 3,74 6,34 2,6 6,08 6,46 0,38 8,04 6,51 -1,53 9,95 6,84 -3,11 11,99 11,46 -0,53 Hình 3.13. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu
Hình trên cho thấy pHpzc của vật liệu là 6,5. Từ đây có thể thấy với pH nhỏ hơn 6, bề mặt vật liệu mang điện tích dương, hấp phụ tốt các anion F-, PO43-.
3.5. Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính đối với F- và PO43-
3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
3.5.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của F-
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của F-
pH 3 5 7 9 11
Co(ppm) 4,97 5,3 5,0 5,3 4,97 Ce(ppm) 0,22 0,18 0,28 1,23 1,75 q(mg/g) 0,24 0,26 0,25 0,20 0,16
Hình 3.14. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của F-
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH cho thấy: từ pH thấp đến trung tính vật liệu hấp phụ F- tốt, pH cao sự hấp phụ F- giảm đi đáng kể. Vật liệu có pHPZC =6-7 nên khi pH dưới khoảng này bề mặt vật liệu được tích điện dương hút anion nên hấp
phụ F- tốt, khi lớn hơn khoảng này bề mặt tích điện âm đẩy các anion nên hấp phụ F- kém đi. Ngồi ra trong mơi trường kiềm, sự cạnh tranh của ion OH- cũng là nguyên nhân khiến khả năng hấp phụ F - giảm đi.
3.5.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của PO43- 3-
Bảng 3.11. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của PO43-
pH 3 5 7 9 11
Co(ppm) 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 Ce(ppm) 0,25 0,24 0,23 2,43 3,35
Đặng Thị Thu Hương 52 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
Hình 3.15. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của PO43-
Từ kết quả trên ta thấy trong cùng một điều kiện nhiệt độ, tốc độ lắc, cùng 1 khoảng thời gian 2 giờ. Khả năng hấp phụ photphat của vật liệu phụ thuộc rõ rệt vào pH. Khoảng pH từ 3-7, vật liệu hấp phụ PO43- tốt nhất.
Như vậy, ta sẽ chọn pH trung tính để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo cho cả F- và PO43-.
3.5.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ F- và PO43-
Cân vật liệu laterit biến tính vào bình chứa dung dịch florua và dung dịch photphat ở pH 6-7. Sau mỗi khoảng thời gian lọc dung dịch và xác định nồng độ F- và PO43- còn lại trong dung dịch. Kết quả thu được như sau:
Bảng 3.12. Khảo sát thời gian hấp phụ F- đạt cân bằng của vật liệu sau biến tính
Thời gian (phút) Co (ppm) Ce (ppm) q (mg/g) 30 5,2 0,6 0,23 60 5,2 0,5 0,24 120 5,2 0,15 0,25 180 5,2 0,16 0,25 240 5,2 0,16 0,25 300 5,2 0,14 0,25 360 5,3 0,15 0,25 480 5,3 0,15 0,25
Hình 3.16. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của F-
Bảng 3.13. Khảo sát thời gian hấp phụ PO43- đạt cân bằng của vật liệu sau biến tính.
Thời gian(phút) Co(ppm) Ce(ppm) q(mg/g)
30 10,2 0,78 0,47 60 10,2 0,65 0,48 120 10,2 0,25 0,50 180 10,2 0,25 0,50 240 10,2 0,26 0,50 300 10,2 0,25 0,50 360 10,2 0,24 0,50 480 10,2 0,25 0,50
Hình 3.17. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của PO43-
Từ kết quả trên cho thấy sau 120 phút vật liệu đã hấp phụ bão hòa F- và PO43-, như vậy những khảo sát tiếp theo sẽ tiến hành trong 120 phút.
Đặng Thị Thu Hương 54 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
3.5.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu biến tính đối với F- và PO43-
3.5.3.1. Khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với F-
Cân 1 gam vật liệu sau biến tính, lắc trong 50 ml dung dịch F- có nồng độ khác nhau trong 120 phút sau đó đem đo nồng độ F- cịn lại trong dung dịch từ đó tính các giá trị cần thiết để xây dựng hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich. Ta thu được kết quả sau:
Bảng 3.14. Khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với F-
Co(ppm) Ce(ppm) qe(mg/g) Ce/qe (g/l) ln Ce ln qe
5 1,07 0,19 5,45 0,06 -1,63 10 2,38 0,38 6,25 0,86 -0,96 20 5,51 0,72 7,60 1,70 -0,32 40 15,79 1,21 13,05 2,76 0,19 60 28,01 1,6 17,51 3,33 0,47 80 33,5 2,32 14,04 3,51 0,84 100 52,52 2,37 22,12 3,96 0,86
Hình 3.19. Đường tuyến tính Freundlich của vật liệu đối với F-
Từ phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich, ta tính được tải trọng
hấp phụ cực đại đối với Flo của vật liệu biến tính là:
qmax=1/0,3141=3,18 (mg/g)
Với hệ số hồi quy R2 của hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich thu được lần lượt là 0,9262 và 0,9846 cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng
nhiệt Freundlich thích hợp hơn mơ hình Langmuir khi mơ tả q trình hấp phụ florua trên vật liệu laterit ngâm tẩm Lantan. Điều này có thể giải thích là do vật liệu laterit sau biến tính có các tâm hấp phụ khác nhau hoặc do hỗn hợp không đồng
nhất của một số khoáng chất trong vật liệu laterit có ái lực khác nhau với ion F-, các ion F- hấp phụ đa lớp trên bề mặt laterit, có sự tương tác qua lại giữa các phân tử
chất bị hấp phụ.
Như vậy, từ vật liệu laterit thơ có tải trọng hấp phụ cực đại là 1,05 mg/g, sau biến tính tải trọng hấp phụ cực đại tăng lên 3,18 mg/g. Q trình hoạt hóa laterit đã làm tăng khả năng loại bỏ F-, tải trọng tăng lên 3,03 lần so với vật liệu ban đầu
3.5.3.2. Khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với PO43-
Cân vật liệu sau biến tính, lắc trong dung dịch PO43- có nồng độ khác nhau
trong 120 phút sau đó đem đo nồng độ PO43- cịn lại trong dung dịch. Từ đó tính các
giá trị cần thiết để xây dựng hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và
Đặng Thị Thu Hương 56 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
Bảng 3.15.Khảo sát tải trọng cực đại của vật liệu biến tính với PO43-
Co(ppm) Ce(ppm) qe(mg/g) Ce/qe(g/l) ln Ce ln qe
10 4,2 0,29 14,48 1,43 -1,24 20 9,6 0,51 18,39 2,26 -0,65 40 21,3 0,94 22,74 3,06 -0,07 60 33,9 1,30 26,08 3,53 0,26 80 48 1,60 30 3,87 0,47 100 61,4 1,93 31,81 4,11 0,66 200 134 3,30 40,60 4,89 1,19 500 423 3,85 109,87 6,05 1,35 1000 902 4,90 184,08 6,80 1,59
Hình 3.20. Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu đối với PO43-
Từ hệ số hồi quy R2 của hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich lần lượt là 0,9922 và 0,9469 cho thấy cả hai mơ hình hấp phụ đều phù hợp để mô tả sự hấp phụ của PO43- trên quặng Laterit biến tính. Vì hệ số hồi quy của đường
Langmuir lớn hơn nên tính tải trọng cực đại theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir được
qmax=1/0,1888=5,29 (mg/g)
Như vậy, từ vật liệu laterit thơ có tải trọng hấp phụ cực đại đối với PO43- là 4,31 mg/g, sau biến tính tải trọng hấp phụ cực đại đã tăng lên 5,29 mg/g. Q trình hoạt hóa laterit đã làm tăng khả năng loại bỏ PO43- , tải trọng tăng lên 1,22 lần so với vật liệu ban đầu.
3.6. Khảo sát ảnh hưởng của ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ florua và photphat.
3.6.1. Ảnh hưởng của ion HCO3-.
Pha các dung dịch chứa ion HCO3- với các nồng độ khác nhau trong dung
dịch F- 5ppm, dung dịch PO43- 10ppm. Cân vật liệu sau biến tính vào mỗi lọ, đổ vào mỗi lọ 50ml dung dịch khảo sát lắc trong 120 phút, đem phân tích lượng F- và PO43- còn lại ta được kết quả:
Bảng 3.16. Ảnh hưởng của ion HCO3-
F-(mg/l) PO43-(mg/l) CHCO3- (mg/l) Co Ce q H% Co Ce q H% 0 5,3 0,99 0,22 100 10,23 4,6 0,28 100 100 5,3 2,9 0,12 55,68 10,23 5,2 0,25 89,34 200 5,3 4,07 0,06 28,53 10,23 7,5 0,14 48,49 300 5,3 4,56 0,04 17,17 10,23 7,6 0,13 46,71 400 5,3 4,7 0,03 13,92 10,23 7,8 0,12 43,16 500 5,3 4,9 0,02 9,28 10,23 8,2 0,10 36,06
Đặng Thị Thu Hương 58 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
Hình 3.22. Ảnh hưởng của ion HCO3-
đến khả năng hấp phụ F- và PO43-
Từ đồ thị ta nhận thấy nồng độ ion HCO3- có ảnh hưởng lớn đến khả năng
hấp phụ F-, cụ thể là khi nồng độ HCO3- là 100ppm thì khả năng hấp phụ F- là 55,68%, nồng độ HCO3- tăng lên 200ppm thì khả năng hấp phụ F- chỉ cịn 28,53%. Với PO43- thì mức độ ảnh hưởng không lớn như F-, tuy nhiên khi nồng độ HCO3- là 200ppm thì khả năng hấp phụ PO43- chỉ là 48,49% so với khi khơng có mặt ion ảnh hưởng. Ngun nhân do HCO3- có tính kiềm cao, cho nên khi tăng nồng độ sẽ làm thay đổi pH dung dịch, mà pH thì khả năng hấp phụ F- và PO43- sẽ giảm.
3.6.2. Ảnh hưởng của ion SO42-
Pha các dung dịch chứa ion SO42- với các nồng độ 0ppm, 100ppm, 200ppm, 300ppm, 400ppm, 500ppm trong dung dịch F- 5ppm, dung dịch PO43- 10ppm. Cân 1g vật liệu sau biến tính vào mỗi lọ, đổ vào mỗi lọ 50ml dung dịch khảo sát lắc
trong 120 phút, đem phân tích lượng F- và PO43-còn lại ta được kết quả: Bảng 3.17. Ảnh hưởng của ion SO42-
F-(mg/l) PO43-(mg/l) CSO42- (mg/l) Co Ce q H% Co Ce q H% 0 6,79 2,05 0,24 100 10 3,12 0,34 100 100 6,79 2,17 0,23 97,47 10 3,21 0,34 98,69 200 6,79 2,9 0,19 82,07 10 3.3 0,34 97,38 300 6,79 3,02 0,19 79,54 10 3.3 0,34 97,38 400 6,79 4 0,14 58,86 10 3.3 0,34 97,38 500 6,79 4,11 0,13 56,54 10 3.3 0,34 97,38
Hình 3.23. Ảnh hưởng của ion SO42- đến khả năng hấp phụ F- và PO43-
Từ đồ thị ta thấy, ion SO42- ít ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ F- và hầu như không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43-. Cụ thể là khi nồng độ SO42- là 200ppm thì khả năng hấp phụ F- của vật liệu cịn khoảng 82%, khi nồng độ SO42-
tăng lên 500ppm, thì khả năng hấp phụ F- của vật liệu là 56,54%. Còn đối với PO43-, khi nồng độ SO42- là 500ppm thì khả năng hấp phụ của vật liệu vẫn là 97%.
3.6.3. Ảnh hưởng của ion F- đối với PO43-.
Pha các dung dịch chứa ion F- với các nồng độ khác nhau trong dung dịch PO43- 10ppm. Cân 1g vật liệu sau biến tính vào mỗi lọ, đổ vào mỗi lọ 50ml dung dịch khảo sát lắc trong 120 phút, đem phân tích lượng PO43-cịn lại ta được kết quả: Bảng 3.18. Ảnh hưởng của ion F-
PO43-(mg/l) CF-(mg/l) Co Ce q H% 0 10,15 2,46 0,38 100 5 10,15 5,1 0,25 65,67 10 10,15 5,48 0,23 60,73 20 10,15 6,24 0,19 50,85 30 10,15 6,85 0,16 42,91 40 10,15 7,04 0,15 40,44 50 10,15 7,23 0,14 37,97
Đặng Thị Thu Hương 60 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
Hình 3.24. Ảnh hưởng của ion F-
đối với PO43-
Từ đồ thị ta thấy ion F- ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu. Nồng độ F- là 5ppm thì khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu chỉ còn 65%. Nguyên nhân là do có sự cạnh tranh giữa các ion trong dung dịch.
3.6.4. Ảnh hưởng của PO43- đối với F-
Pha các dung dịch chứa ion PO43- với các nồng độ 0ppm, 5ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm trong dung dịch F- 5ppm. Cân 1g vật liệu sau biến tính vào mỗi lọ, đổ vào mỗi lọ 50ml dung dịch khảo sát lắc trong 120 phút, đem
phân tích lượng F- cịn lại ta được kết quả: Bảng 3.19. Ảnh hưởng của ion PO43-
F- (mg/l) CPO43- (mg/l) Co Ce q H% 0 5,23 1,09 0,21 100 5 5,23 1,65 0,18 86,47 10 5,23 2,13 0,16 74,88 20 5,23 2,59 0,13 63,77 30 5,23 3,24 0,10 48,07 40 5,23 3,66 0,08 37,92 50 5,23 4,02 0,06 29,23
Hình 3.25. Ảnh hưởng của ion PO43-
Từ đồ thị ta thấy ion PO43- ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ F- của vật liệu, tuy nhiên không nhiều bằng sự ảnh hưởng của ion F- đối với PO43-. Nồng độ PO43- là 5ppm thì khả năng hấp phụ F- của vật liệu là 86%. Còn khi nồng độ PO43- tăng lên 20ppm thì khả năng hấp phụ F- của vật liệu chỉ còn 63%. Nguyên nhân là do có sự cạnh tranh giữa các ion trong dung dịch.
Đặng Thị Thu Hương 62 Khóa K23- Cao học Hóa Mơi trường
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn nghiên cứu hấp phụ florua và
photphat bằng vật liệu laterit biến tính, chúng tơi thu được một số kết quả chính sau: 1. Đã khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chế tạo vật liệu, điều kiện
thích hợp nhất để chế tạo vật liệu có tải trọng hấp phụ cao là: ngâm vật liệu trong dung dịch axit HCl 3M trong 2h, lắc nhẹ, thêm tiếp La 2%, lắc đều 4h, sau đó nhỏ từ từ dung dịch NaOH 1M cho đến pH trung tính. Để yên 24h,
lọc rửa bằng nước cất, sấy khô ở 100oC trong 8h.
2. Đã khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu thô và vật liệu sau biến
tính để so sánh. Với vật liệu thơ, tải trọng cực đại hấp phụ F- là 1,05mg/g, tải trọng hấp phụ PO43- là 4,31mg/g. Vật liệu sau biến tính, tải trọng hấp phụ cực
đại đối với F- tăng lên là 3,18mg/g, đối với PO43- tăng lên là 5,29mg/g. Xác
định được thời gian cân bằng hấp phụ F- và PO43- là 2h đối với vật liệu thô và vật liệu biến tính. Đã tiến hành nghiên cứu đánh giá đặc trưng cấu trúc vật
liệu bằng các phương pháp SEM, EDX.
3. pHpzc xác định được bằng 6,5. Khoảng pH phù hợp cho hấp phụ F- và PO43- khá rộng từ axit đến trung tính.
4. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của một số anion đến khả năng hấp phụ F- và PO43- như: HCO3-, SO42-, F-, PO43-. Ion HCO3- có nồng độ từ 100ppm có ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ Flo và Photphat của vật liệu, ion SO42- hầu như không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu nhưng ảnh hưởng
đáng kể đến khả năng hấp phụ F- ở nồng độ 500ppm. Qua nghiên cứu ta cũng thấy rằng ion F- có ảnh hưởng đến sự hấp phụ PO43- từ nồng độ 5ppm và
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
1. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học quốc gia Hà
nội, Hà Nội.
2. GS. TSKH Lê Huy Bá (2007), Sinh thái môi trường đất, Đại học Quốc Gia
thành phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh.
3. GS. TSKH Lê Huy Bá và các cộng sự (2000), Độc học môi trường, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh.
4. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và
nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội.
5. Nguyễn Xuân Lăng (2003), “Nghiên cứu xử lý flo cho nước thải nhà máy sản xuất phân lân”, Báo cáo khoa học, Viện Hóa học Cơng nghiệp, Hà Nội.
6. Phạm Luận (2007), Giáo trình mơi trường và trắc quan mơi, Đại học Khoa học tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội.
7. Hồng Nhâm (2003), Hóa học vơ cơ, Tập 2, NXBGD, Hà Nội
8. Đỗ Ngọc Kh, Tơ Văn Thiệp, Nguyễn Văn Hồng, Đỗ Bình Minh (2007),
“Nghiên cứu đặc điểm đường đẳng nhiệt hấp phụ nitroglyxerin từ pha