trình Freundlich của VLHP1 với RO122
Các kết quả của bảng 3.4, hình 3.15, 3.16 phương trình Langmuir và Freundlich mô tả khá phù hợp sự hấp phụ RO122 của VLHP1, tuy nhiên vì R2 của phương trình Freundlich nhỏ hơn R2 của phương trình Langmuir. Như vậy phương trình Langmuir có dạng:
y= 1,036x +59,31 và R2 = 0,946
Từ phương trình thu được, ta tính tốn được dung lượng hấp phụ cựu đại của VLHP1 với RB19 là qmax= 1/1,036 = 0,965 mg/gam, hằng số Langmuir b = 0,017
Như vậy, khả năng hấp phụ RB19 của VLHP1là tốt nhất với dung lượng hấp phụ cực đại là 3,72mg/g gấp 3,4 lần so với hơn khả năng hấp phụ của VLHP 1 với RY145 và gấp 3,8 lần so với RO122.
3.2.1.4 Mô tả động học cho quá trình hấp phụ của VLHP1
Để mô tả động học cho quá trình hấp phụ của VLHP, chúng tôi sử dụng mơ hình động học bậc 1 và bậc 2.
Từ kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng và dung lượng hấp phụ cực đại ta có các kết quả khảo sát động học cho quá trình hấp phụ như sau:
Bảng 3.7 Kết quả khảo sát động học cho quá trình hấp phụ của VLHP1 t t (phút) RB19 RY145 RO122 qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt 10 1,26 0,40 8,16 0,31 -0,15 64,26 0,54 -0,37 37,14 20 2,14 0,20 9,43 0,41 -0,21 73,65 0,56 -0,40 70,81 40 2,50 0,10 16,36 0,50 -0,28 100,47 0,57 -0,41 104,75 60 2,83 -0,01 22,02 0,57 -0,35 122,15 0,61 -0,45 131,41 90 3,26 -0,31 27,91 0,68 -0,47 147,25 0,63 -0,47 159,38 120 3,53 -0,68 34,27 0,73 -0,54 178,15 0,68 -0,55 176,47 150 3,47 -0,58 43,51 0,73 -0,54 205,35 0,68 -0,55 220,59 180 109,43 -0,64 51,69 0,74 -0,56 255,35 0,69 -0,56 260,87
Hình 3.18 Động học hấp phụ biểu kiến theo mơ hình động học bậc 2 của VLHP1
Từ đồ thị của mơ hình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2 được biểu diễn ở hình 3.13 và 3.14, chúng tôi xác định được các tham số động học của phương trình. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.8 .
Bảng 3.8 qe thực nghiệm và các tham số động học của phương trình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2 của VLHP1
qeTN
Phương trình biểu kiến bậc 1 Phương trình biểu kiến bậc 2
Mầu K1 qeTT R² K2 qeTT R²
mg/g 1/phút mg/g - g/(mg.phút) mg/g -
RB19 3,717 0,021 2,897 0,977 0,009 3,472 0,991
RY145 1,018 0,005 0,600 0,822 0,027 0,799 0,990
RO122 0,965 0,002 2,323 0,945 0,052 0,684 0,995
Trong đó:
qeTN: Dung lượng hấp phụ cân bằng theo thực nghiệm
qeTT: Dung lượng hấp phụ cân bằng theo phương trình động học K, R2: Hằng số của phương trình động học
Để đánh giá sự phù hợp của các phương trình, người ta thường căn cứ vào hai đại lượng là hệ số tương quan R2 và qe. Từ kết quả ở bảng 3.8 cho thấy phương trình biểu kiến bậc 2 phù hợp để mơ tả quá trình hấp phụ chất mầu RB19, RY145, RO122 trên than hoạt tính dạng hạt (VLHP1) vì các tham số của phương trình động học biểu kiến bậc 2 là R2 = 0,99 và qeTT gần với qeTN. Đồ thị biểu diễn phương trình biểu kiến bậc
cũng giống với nghiên cứu hấp phụ phenol trên cùng loại than hoạt tính Trà Bắc của nhóm nghiên cứu Nguyễn Hữu Phú và các cộng sự, 2011[3].
3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ mầu của than hoạt tích dạng bột kích thước <100µm (VLHP2)
3.3.1 Khảo sát khả năng hấp phụ RB19 của VLHP2
3.3.1.1 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ RB19 của VLHP2
Lấy các bình nón dung tích 250ml, cân 0,1 gam VLHP2 vào 8 bình nón, sau đó cho vào mỗi bình 100ml dung dịch RB19 có nồng độ 83 mg/l có bổ sung NaNO3 sao cho nồng độ ion dung dịch là 10mmol/l NaNO3 lắc ở tốc độ 130 vòng/phút trong khoảng thời gian từ 0 đến 180 phút. Sau đó lọc lấy nước dung dịch sau lắc bằng giấy lọc có kích thước lỗ 0,45µm, đo độ hấp phụ quang ở λ = 590nm, cuvet 1cm. Xác định nồng độ RB19 tại các thời điểm. Ta có kết quả như bảng 3.7
Bảng 3.9 Khảo sát thời gian hấp phụ RB19 của VLHP2
Thời gian (phút) Ce (mg/l) q (mg/g) 10 83 26,2 20 79 29,8 40 74 35,7 60 64 45,4 90 61 48,5 120 59 50,0 150 57 50,8 180 58 51,5
Hình 3.19 Đồ thị biến thiên dung lượng hấp phụ theo thời gian hấp phụ RB19 của VLHP2 VLHP2
Các kết quả ở bảng 3.9; hình 3.19 thấy rằng thời gian hấp phụ cân bằng của VLHP2 tương tự VLHP1 là 120 phút. Từ đó, lựa chọn thời gian cân bằng của VLHP2 là 120 phút để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ và tính dung lượng hấp phụ cực đạt của VLHP2 với RB19.
3.3.1.2 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại với RB19 của VLHP2
Lấy 8 bình nóng 250ml, mỗi bình lấy 100 ml dung dịch RB19 nồng độ ban đầu lần lượt là 14; 27; 51; 90; 117; 136; 152; 176mg/l có bổ sung dung dịch NaNO3 sao cho dung dịch có nồng độ ion là 10mmolNaNO3/L . Cân và cho vào mỗi bình 0,10gam VLHP2 và khuấy ở tốc độ 130 vòng/phút, thời gian hấp phụ 120 phút.
Bảng 3.10 Khảo sát dung lượng hấp phụ RB19 của VLHP2
C (mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) Ce/qe LnCe Lnqe
14 0,6 13,18 0,04 -0,56 2,58 27 1,4 25,13 0,06 0,36 3,22 51 4,7 45,21 0,10 1,55 3,81 90 32,3 57,74 0,56 3,47 4,06 117 51,3 61,32 0,84 3,94 4,12 136 70,7 63,97 1,11 4,26 4,16 152 82,9 63,48 1,31 4,42 4,15 176 111,4 63,70 1,75 4,71 4,15
Hình 3.20 Đồ thị đường cong hấp phụ đẳng nhiệt của VLHP2 đối với RB19
Ta thấy khi nồng độ tăng thì dung lượng hấp phụ tăng tuy nhiên với 0,1gam VLHP2 nồng độ từ 90 mg/l đến 176 gam dung lượng hấp phụ đạt cân bằng.
Hình 3.21 Đồ thị tuyến tính phương trình Langmuir của VLHP2 với RB19 trình Langmuir của VLHP2 với RB19
Hình 3.22 Đồ thị tuyến tính phương trình Freundlich của VLHP2 với RB19 trình Freundlich của VLHP2 với RB19
Từ phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich, tính được dung lượng hấp phụ cực đại đối với RB19 của VLHP2 là:
qmax= 1/0,018= 55,6 mg/gam, hằng số Langmuir b = 0,009
Với hệ số hồi quy R2 của hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich thu được lần lượt là 0,942 và 0,887 cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thích hợp hơn mơ hình Freundlich khi mơ tả q trình hấp phụ RB19 trên VLHP2.
Như vậy, so sánh giữa hai vật liệu hấp phụ khi cho hấp phụ RB19 thì qmax của VLHP2 tăng gấp 17,5 lần so với VLHP1. Do kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa vật liệu hấp phụ và chất bị hấp phụ càng lớn, khi đó dung lượng hấp phụ tăng.
3.3.2 Khảo sát khả năng hấp phụ RY145 của VLHP2
3.3.2.1 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ RY145 của VLHP2
Lấy các bình nón dung tích 250ml, 0,1 gam VLHP2 vào 8 bình nón, sau đó cho vào mỗi bình 100ml dung dịch RY145 có nồng độ 94mg/l có bổ sung dung dịch
130vòng/phút trong khoảng thời gian từ 0 đến 180 phút. Sau đó lọc lấy nước dung dịch sau lắc bằng giấy lọc có kích thước lỗ 0,45µm, đo độ hấp phụ quang ở λ = 415nm, cuvet 1cm. Ta có kết quả như bảng 3.11:
Bảng 3.10 Khảo sát thời gian hấp phụ RY145 của VLHP2 Thời gian Thời gian (phút) Ce (mg/l) q (mg/g) 0 94 8,22 20 92,55 9,65 40 92,36 9,75 60 92,09 9,91 80 91,91 10,19 100 91,82 10,38 150 91,82 10,48 180 91,82 10,48
Hình 3.23 Đồ thị biến thiên dung lượng hấp phụ theo thời gian hấp phụ RY145 của VLHP2
Các kết quả ở bảng 3.10; hình 3.23 thấy rằng thời gian cân bằng của VLHP2 là 100 phút. Dung lượng hấp phụ tăng dần và gần đạt cân bằng ở 100 phút.
Lấy 8 bình nóng 250ml, mỗi bình lấy 100 ml dung dịch RY145 nồng độ ban lần lượt là 9,8; 20,7; 43,3; 58,9; 82,7; 105; 127; 161,3; 188 mg/l có bổ sung dung dịch NaNO3 sao cho dung dịch có nồng độ ion là 10mmolNaNO3/L. Cân và cho vào mỗi bình 0,10 gam VLHP2 và khuấy ở tốc độ 130 vòng/phút, thời gian hấp phụ 100 phút.
Các kết quả thu được như sau:
Bảng 3.11 Khảo sát dung lượng hấp phụ RY145 của VLHP2
C (mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) Ce/qe LnCe Lnqe
9,8 5,3 4,51 1,17 1,66 1,51 20,7 13,7 6,97 1,97 2,62 1,94 43,4 34,6 8,73 3,97 3,54 2,17 58,9 49,6 9,27 5,35 3,90 2,23 82,7 71,8 10,82 6,64 4,27 2,38 105,0 93,5 11,39 8,22 4,54 2,43 127,4 115,2 12,12 9,50 4,75 2,49 161,3 149,1 12,18 12,24 5,00 2,50 188,82 176,64 12,13 14,56 5,17 2,50
Hình 3.24 Hấp phụ đẳng nhiệt của RY145 trên VLHP2
Từ đồ thị ta thấy khi nồng độ tăng thì dung lượng hấp phụ tăng tuy nhiên với 0,1gam VLHP2 nồng độ từ 127 mg/l đến 188 mg/l dung lượng hấp phụ đạt cân bằng.
Như vậy VLHP2 có khả năng hấp phụ tốt nhất với dung dịch có nồng độ từ 0mg/l đến 120mg/l.
Hình 3.25 Đồ thị tuyến tính phương trình Langmuir của VLHP2 với RY145 trình Langmuir của VLHP2 với RY145
Hình 3.26 Đồ thị tuyến tính phương trình Freundlich của VLHP2 với RY145 trình Freundlich của VLHP2 với RY145
Từ phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich, tính được dung lượng hấp phụ cực đại đối với RY145 của VLHP2 là:
qmax= 1/0,086= 11,63 mg/gam, hằng số Langmuir b = 0,043
Với hệ số hồi quy R2 của hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich thu được lần lượt là 0,986 và 0,967 cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiêỵ Langmuir thích hợp hơn mơ hình Freundlich khi mơ tả q trình hấp phụ RY145 trên VLHP2.
3.3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ RO122 của VLHP2
3.3.3.1 Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ RO122 trên VLHP2
Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của RO122 trên VLHP2 tương tự như RB19 và RY145 thu được kết quả như sau:
Bảng 3.12 Khảo sát thời gian hấp phụ RO122 trên VLHP2 Thời gian Thời gian (phút) Ce (mg/l) q (mg/g) 20 113,60 0,78 40 112,40 1,99
60 112,00 2,33 80 111,90 2,43 100 111,80 2,58 120 111,80 2,59 150 111,80 2,60 180 111,90 2,50
Hình 3.27 Đồ thị biến thiên dung lượng hấp phụ theo thời gian hấp phụ RO122 của VLHP2
Từ các kết quả ta thấy rằng thời gian cân bằng của VLHP2 khi hấp phụ RO122 là 100 phút. Dung lượng hấp phụ tăng dần từ 0 mg/g lên 2,5mg/g và đạt cân bằng ở 100 phút.
3.3.3.2 Khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại với RO122 trên VLHP2
Để xây dựng hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich cho VLHP2 khi cho hấp phụ RO122. Tiến hành khảo sát dung lượng hấp phụ cực đại thu được các kết quả thu được như sau:
Bảng 3.13 Khảo sát dung lượng hấp phụ RO122 của VLHP2
C (mg/l) Ce (mg/l) qe (mg/g) Ce/qe LnCe Lnqe
11,50 9,10 2,424 3,8 0,4125 2,2083
45,80 42,00 3,838 10,9 0,2606 3,7377
68,00 64,00 4,040 15,8 0,2475 4,1589
90,00 85,90 4,141 20,7 0,2415 4,4532
118.00 113,90 4,141 27,5 0,2415 4,7353
150,00 145,90 4,141 35,2 0,2415 4,9829
Hình 3.28 Đồ thị đường cong hấp phụ đẳng nhiệt của VLHP2 đối với R0122
Hình 3.29 Đồ thị tuyến tính phương trình Langmuir của VLHP2 với RO122 trình Langmuir của VLHP2 với RO122
Hình 3.30 Đồ thị tuyến tính phương trình Freundlich của VLHP2 với RO122 trình Freundlich của VLHP2 với RO122
Từ phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich, tính được dung lượng hấp phụ cực đại đối với RO122 của VLHP2 là:
qmax= 1/0,267= 3,745 mg/gam, hằng số Langmuir b = 0,059
Với hệ số hồi quy R2 của hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich thu được lần lượt là 0,996 và 0,903 cho thấy mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir thích hợp hơn mơ hình Freundlich khi mơ tả q trình hấp phụ RO122 trên VLHP2.
So sánh khả năng hấp phụ của hai vật liệu hấp phụ được thể hiện ở bảng 3.14:
Bảng 3.14: Dung lượng hấp phụ cực đại của hai VLHP1
qmax (RB19) qmax (RY145) qmax (RO122)
VLHP1 3,72 1,02 0,965
VLHP2 55,6 11,63 3,754
Từ bảng 3.14 thấy rằng dung lượng hấp phụ cực đại của mầu xanh (RB19) ở cả hai vật liệu là cao nhất, trong khi dung lượng hấp phụ của hai mầu vàng (RY145) và da cam (RO122) gần như nhau đối với VLHP1. Mặt khác, dung lượng hấp phụ của VLHP2 lần lượt gấp 17, 11, 4 lần đối với mầu xanh, vàng, da cam. Nguyên nhân do kích thước càng nhỏ thì diện tích tiếp xúc giữa vật liệu hấp phụ và chất bị hấp phụ càng lớn, khi đó dung lượng hấp phụ tăng. Ngồi ra, phân tử RB19 có cấu trúc nhỏ hơn, khả năng khuyết tán vào các lỗ mao quản tốt hơn so với hai mầu RY145, RO122. Khả năng hấp phụ của RO122 nhỏ nhất và VLHP2 chỉ gấp 4 lần so với VLHP1 vì có thể do cấu trúc của phân tử RO122 lớn ( gần gấp 2 lần so với RB19) và có nhiều mạch nhánh.
3.3.4 Mơ tả động học cho q trình hấp phụ của VLHP2
Từ kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng và dung lượng hấp phụ cực đại của VLHP2 ta có các kết quả khảo sát động học cho quá trình hấp phụ như sau:
Bảng 3.15 Kết quả khảo sát động học cho quá trình hấp phụ của VLHP2
t
qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt qe (mg/g) lg (qe – qt) t/qt 20 29,8 1,41 0,67 8,22 0,86 2,43 0,78 0,47 25,65 40 35,7 1,30 1,12 9,65 0,76 4,14 1,99 0,24 20,10 60 45,4 1,01 1,32 9,75 0,75 6,16 2,33 0,15 25,80 90 48,5 0,85 1,86 9,91 0,74 8,07 2,43 0,12 32,86 120 50,0 0,75 2,40 10,19 0,72 9,82 2,58 0,07 38,73 150 50,8 0,68 2,95 10,38 0,70 14,46 2,59 0,06 46,38 180 51,5 0,61 3,49 10,48 0,69 17,18 2,60 0,06 57,69
Hình 3.32 Động học hấp phụ biểu kiến bậc 2 của VLHP2
Từ đồ thị mơ hình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2 được biểu diễn ở hình 3.31 và 3.32, chúng tôi xác định được các tham số động học của phương trình. Kết quả được thể hiện trong bảng 3.8 .
Bảng 3.16 qe thực nghiệm và các tham số động học của phương trình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2 của VLHP2
qeTN
Phương trình biểu kiến bậc 1 Phương trình biểu kiến bậc 2
Mầu K1 qeTT R² K2 qeTT R²
mg/g 1/phút mg/g - g/(mg.phút) mg/g -
RB19 55,556 0,012 23,550 0,891 0,001 62,500 0,988
RY145 11,628 0,021 2,004 0,968 0,004 10,000 0,982
RO122 3,745 0,007 2,228 0,756 0,005 3,472 0,883
Trong đó:
qeTN: Dung lượng hấp phụ cân bằng theo thực nghiệm
qeTT: Dung lượng hấp phụ cân bằng theo phương trình động học K, R2: Hằng số của phương trình động học
Đánh giá sự phù hợp của các phương trình, người ta thường căn cứ vào hai đại lượng là hệ số tương quan R2 và qe. Từ kết quả ở bảng 3.15 cho thấy phương trình biểu kiến bậc 2 phù hợp để mơ tả q trình hấp phụ chất mầu RB19, RY145, RO122 trên than hoạt tính dạng hạt (VLHP2) vì các tham số của phương trình động học biểu kiến bậc 2 là R2 = 0,9 và qeTT gần với qeTN. Mặt khác phương trình biểu kiến bậc 1 cho kết quả R2 < 0,8 và qeTT sai khác nhiều so với qeTN.
Như vậy, phương trình biểu kiến bậc 2 phù hợp cho cả VLHP1 và VLHP2. Cũng trùng hợp kết quả với các nghiên cứu khác như hấp phụ phenol trên than hoạt tính trà bắc[3].
3.4 Nghiên cứu khả năng tái sinh của than hoạt tính bằng kỹ thuật oxi hố
3.4.1 Tái sinh than hoạt tính bằng ozon
3.4.1.1 Hấp phụ bão hồ than hoạt tính đối với VLHP1
Sử dụng VLHP1 nhồi vào cột lọc có đường kính 2cm, cao 25cm, sau đó cho dung dịch RB19 có nồng độ 1000mg/l chảy qua với tốc độ 12ml/phút. Ta thu
Hình 3.33 Khảo sát quá trình hấp phụ bão hồ VLHP1
Từ đồ thị hình 3.33 ta thấy sau 150 phút dung dịch mầu RB19 ở đầu ra gần như không đổi, tức là VLHP1 gần đạt hấp phụ bão hoà. Tiến hành rửa than bằng nước cất và sấy khô ở 1050C đến khi khối lượng không đổi, bảo quản than đã bão hoà trong hộp nhựa PVC và sử dụng than đã bão hồ cho thí nghiệm tái sinh than hoạ tính.
3.4.1.2 Nghiên cứu khả năng tái sinh than hoạt tính bằng ozon.
Sử dụng hệ sục ozon, với nồng độ tạo ozon là 4,8mgO3/Lit/phút. Tiến hành sục than hoạt tính đã được bão hồ dung dịch mầu. Sau khi sục ozon 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút…lấy 5ml mẫu nước sau sục, lọc và tiến hành xác định COD trong mẫu, ta được kết quả như sau:
Bảng 3.17 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến COD trong dung dịch sau khi sục ozon.