Bảng 3.6. Kết quả thành phần nguyên tố của laterit sau biến tính Nguyên tử Thành phần khối Nguyên tử Thành phần khối lượng (%) Thành phần nguyên tử (%) O 1,20 2,05 Al 6,90 6,99 Si 59,47 57,90 K 2,03 1,42 Ti 0,66 0,38 Fe 18,34 8,98 Mg 3,17 3,56
Vật liệu biến tính đã có sự xuất hiện của Magie và nhôm.
3.5. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ PO43-của vật liệu biến tính
3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng pH của vật liệu biến tính
Bảng 3. 7. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ PO43-
pH 3 5 7 9 11 Co(ppm) 10,40 10,44 10,65 10,70 9,16 Ce(ppm) 0,098 0,141 0,098 0,226 0,081
Hình 3. 8. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ 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 vào pH. Khoảng pH từ 3-9, vật liệu hấp phụ PO43- tốt nhất.
Nhƣ vậy, ta sẽ chọn pH trung tính để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
3.5.2. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu biến tính
Sau mỗi khoảng thời gian lọc dung dịch và xác định nồng độ PO43- còn lại trong dung dịch. Kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
Bảng 3. 8. Kết quả 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 10,53 3,260 0,363 60 10,53 2,363 0,408 120 10,53 1,295 0,461 180 10,53 0,526 0,500 240 10,53 0,440 0,504 300 10,53 0,269 0,512 360 10,53 0,269 0,512
Hình 3. 9. Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ PO43-
của vật liệu biến tính
Từ kết quả trên cho thấy sau 180 phút vật liệu đã hấp phụ bão hòa PO43-, nhƣ vậy những khảo sát tiếp theo sẽ tiến hành trong 120 phút.
3.5.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ PO43- cực đại của vật liệu biến tính
Cân 1 gam vật liệu sau biến tính, lắc trong 50ml dung di ̣ch PO43- có nồng độ khác nhau trong 180 phút sau đó đem đo nờng đơ ̣ PO43- cịn lại trong dung dịch . Tƣ̀ đó tính các giá tr ị cần thiết để xây dựng hai mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Ta thu đƣợc kết quả sau:
Bảng 3.9. Kết quả 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 12.50 0,12 0,619 0,192 -2,13 -0,48 24,17 0,31 1,193 0,259 -1,17 0,18 61,31 9,40 2,595 3,624 2,24 0,95 117,50 47,74 3,488 13,686 3,87 1,25 180,71 89,76 4,548 19,738 4,50 1,51 243,57 156,43 4,375 35,902 5,05 1,47 373,21 272,02 5,060 53,765 5,61 1,62 491,07 375,60 5,774 65,052 5,93 1,75 618,45 494,64 6,190 79,904 6,20 1,82
Hình 3. 10. Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu biến tính đối với PO43-
Hình 3. 11. Đường tuyến tính Freundlich của vật liệu biến tính đối với PO43-
Với hệ số hồi quy R2 của hai phƣơng trình tuyến tính Langmuir và Freundlich thu đƣợc lần lƣợt là 0,9818 và 0,9753.
Từ phƣơng trình tuyến tính Langmuir , ta tính đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại PO43- của vật liệu biến tính là:
Nhƣ vậy, từ vật liệu laterit thơ có tải trọng hấp phụ cực đại là 0,72 mg/g, sau biến tính tải trọng hấp phụ cực đại tăng lên 6,109 mg/g. Quá trình biến tính laterit đã làm tăng khả năng loại bỏ PO43- , tải trọng tăng lên 8,5 lần so với vật liệu ban đầu.
3.6. Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ Photphat Photphat
3.6.1. Ảnh hưởng của ion HCO3-
Cân 1 gam vật liệu sau biến tính vào 50ml dung dịch chứa PO43- 10ppm và HCO3- với các nồng đô ̣ khác nhau lắc trong 180 phút, đem phân tích lƣợng PO43-còn lại ta đƣợc kết quả:
Bảng 3.10. Kết quả ảnh hưởng của ion HCO3-
CHCO3- (ppm) PO43- Co(ppm) Ce(ppm) q(mg/g) H% 0 10,483 0,184 0,515 100 50 10,483 0,354 0,506 98 100 10,526 1,252 0,464 90 200 10,526 1,167 0,468 91 300 10,568 1,338 0,462 90 400 10,568 1,380 0,459 89 500 10,611 1,338 0,464 90
Hình 3. 12.Kết quả ảnh hưởng của ion HCO3-
Từ đồ thị ta nhận thấy khi nồng độ ion HCO3- từ 0-100 có ảnh hƣởng rất ít đến khả năng hấp phụ PO43- . Sau đó mức độ ảnh hƣởng này hầu nhƣ không tăng khi tăng nồng độ ion PO43- từ 100-500ppm.
3.6.2. Ảnh hưởng của ion SO42-
Cân 1 gam vật liệu sau biến tính vào 50ml dung dịch chứa PO43- 10ppm và SO42- với các nồng đô ̣ khác nhau lắc trong 180 phút, đem phân tích lƣợng PO43 còn lại ta đƣợc kết quả:
Bảng 3.11. Kết quả ảnh hưởng của ion SO42- CSO42- (ppm) PO43- Co(ppm) Ce(ppm) q(mg/g) H% 0 10,82 0,23 0,53 100 50 10,82 0,27 0,53 99,5 100 10,88 0,61 0,51 96,8 200 10,82 0,53 0,51 97,1 300 10,91 0,91 0,5 94,4 400 10,91 1,42 0,47 89,5 500 10,95 1,64 0,46 87,9
Hình 3. 13. Kết quả ảnh hưởng của ion SO42-
Từ đồ thị ta thấy, ion SO42- ít ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ PO43-. Cụ thể là khi nồng độ SO42- là 200ppm thì khả năng hấp phụ vật liệu là 97,1%. Và khi nồng độ SO42- là 500ppm thì khả năng hấp phụ của vật liệu là 87,9%.
3.6.3. Ảnh hưởng của ion F-
Pha các dung dịch chứa ion F- với các nồng đô ̣ khác nhau trong dung d ịch PO43- 10ppm. Cân 1g vật liệu sau biến tính vào mỗi lọ, đổ vào mỗi lọ 50ml dung dịch khảo sát lắc trong 180 phút, đem phân tích lƣợng PO43-còn lại ta đƣợc kết quả:
Bảng 3.12. Kết quả ảnh hưởng của ion F-
CF-(ppm) PO43- Co(ppm) Ce(ppm) q(mg/g) H% 0 10,61 0,31 0,515 100 5 10,65 0,44 0,510 99,17 10 10,65 0,40 0,513 99,58 20 10,69 0,44 0,513 99,58 30 10,65 0,44 0,511 99,17 40 10,69 0,48 0,511 99,17 50 10,69 0,57 0,506 98,34
Từ đồ thị ta thấy ion F- hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu. Nồng độ F- là 50ppm thì khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu vẫn còn 98,34%.
3.6.4. Ảnh hưởng của ion Cl-
Pha các dung dịch chứa ion Cl- với các nồng đô ̣ 0ppm, 50ppm, 100ppm, 200ppm, 300ppm, 400ppm, 500ppm 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 180 phút, đem phân tích lƣợng PO43- Còn lại ta đƣợc kết quả:
Bảng 3.13. Kết quả ảnh hưởng của ion Cl-
CCl- (ppm) PO43- Co(ppm) Ce(ppm) Q(mg/g) H% 0 10,44 0,184 0,513 100 50 10,44 0,226 0,511 99,6 100 10,44 0,269 0,508 99,2 200 10,40 0,269 0,506 98,7 300 10,44 0,269 0,508 99,2 400 10,40 0,269 0,506 98,7 500 10,40 0269 0,506 98,7
Hình 3. 15. Kết quả ảnh hưởng của ion Cl-
Từ đồ thị ta thấy ion Cl- hầu nhƣ không ảnh hƣởng đến khả năng hấp phụ SO42- của vật liệu. Nồng độ Cl- là 500ppm thì khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu là 98,7%.
3.6.5. Ảnh hưởng của ion AsO43-
Pha các dung dịch chứa ion AsO43- với các nồng đô ̣ 0ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm, 40ppm, 50ppm, 100ppm 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 180 phút, đem phân tích lƣợng PO43- còn lại ta đƣợc kết quả:
Bảng 3.14. Kết quả ảnh hưởng của ion AsO43- CAsO43- (ppm) PO43- Co(ppm) Ce(ppm) Q(mg/g) H% 0 10,87 0,74 0,506 100 10 10,87 0,82 0,502 99,16 20 10,87 1,42 0,472 93,24 40 10,87 1,25 0,481 94,93 60 10,91 3,18 0,387 76,37 80 10,95 3,73 0,361 71,31 100 10,99 4,29 0,335 66,24
Hình 3. 16. Kết quả ảnh hưởng của ion AsO43-
Từ đồ thị ta thấy ion AsO43- ảnh hƣởng lớn đến khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu. Nồng độ AsO43- là 100ppm thì khả năng hấp phụ PO43- của vật liệu là 66,24%. Nguyên nhân là do có sự cạnh tranh giữa các ion trong dung dịch.
KẾT LUẬN
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn nghiên cứu hấp phụ Photphat bằng vật liệu Laterit biến tính, chúng tôi thu đƣợc một số kết quả chính sau:
1. Đã nghiên cứu một số yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình chế tạo vật liệu. Điều kiện tối ƣu để biến tính Laterit là hàm lƣợng Al-Mg ngâm tẩm ứng với HT15%, vật liệu sau khi tổng hợp đƣợc đem nung ở nhiệt độ 450oC là có khả năng hấp phụ ion photphat tốt nhất.
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 thô, tải trọng cực đại hấp phụ PO43- là 0,72 mg/g. Vật liệu sau biến tính, tải trọng hấp phụ PO43- cực đại tăng lên là 6,109 mg/g. Và thời gian cân bằng hấp phụ PO43- là 2h đối với vật liệu thô và 3h đối với vật liệu biến tính. Ngoài ra đã khảo sát ảnh hƣởng của pH của vật liệu biến tính nhƣ sau: Với khoảng pH từ 3-9, vật liệu hấp phụ PO43- tốt nhất.
3. Đã nghiên cứu ảnh hƣởng của một số anion đến khả năng hấp phụ PO43- nhƣ: HCO3-, SO42-, F-, Cl-, AsO43-. Thứ tự ảnh hƣởng đƣợc sắp xếp nhƣ sau: F- và Cl- < HCO3- < SO42- < AsO43- .Cụ thể là khi nồng độ ion F- tăng từ 5-50ppm thì khả năng hấp phụ PO43- giảm từ 99,17 – 98,34% và khi nồng độ ion Cl- tăng từ 50 -500ppm thì khả năng hấp phụ PO43- giảm từ 99,6 - 98,7% . Nồng độ HCO3- tăng từ 50 – 500ppm thì khả năng hấp phụ PO43- giảm từ 98 – 90%. Với ion AsO43- khi nồng độ là 100ppm thì khả năng hấp phụ PO43- là 66,24%.
4. Vật liệu Laterit tẩm hỗn hợp magie và nhơm có pHpzc xác định đƣợc bằng 8,2. Khoảng pH phù hợp cho hấp phụ PO43- trên vật liệu khá rộng từ axit đến bazơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
1. GS. TSKH Lê Huy Bá (2007), Sinh thái môi trường đất, Đại học Quốc Gia thành
phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh.
2. Vũ Ngọc Ban (2007), Giáo trình thực tập Hóa lý, NXB Đại học quốc gia Hà nội, Hà Nội.
3. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lí nước và nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội.
4. Đặng Thị Hƣơng (2014), Nghiên cứu biến tính Laterit xử lí ơ nhiễm flo trong nước, Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH KHTN- ĐHQGHN.
5. Đặng Thị Thu Hƣơng (2014), Nghiên cứu biến tính quặng Laterit làm vật liệu hấp
phụ xử lý ion Florua và Photphat trong nước thải, Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH KHTN- ĐHQGHN
6. Nguyễn Thị Nga (2014), Nghiên cứu khả năng xử lí asen trong nước ơ nhiễm bằng
sản phẩm đá phong hóa nhiệt đới, Khóa luận tốt nghiệp đại học Thủy Lợi.
7. Nguyễn Thị Ngọc (2011), Nghiên cứu khả năng xử lý amoni trong nước bằng nano
MnO2 - FeOOH mang trên laterit (đá ong) biến tính, Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH
KHTN- ĐHQGHN
8. Nguyễn Thị Mai Thơ (2013), Điều chế hydrotalcite và nghiên cứu ứng dụng xử lý
asen trong nước, Luận văn Thạc sĩ khoa học ĐH KHTN tp HCM.
9. Quản Cẩm Thúy (2011), Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion photphat của bùn đỏ và
ứng dụng xử lý tách khỏi nguồn nước, Luận văn thạc sĩ khoa học ĐH KHTN-
Tiếng Anh
10. Biplob K. B, I. Katsutoshi, N. K. Ghimire, H. Harada, K. Ohto and H. Kawakita (2008), “Removal and recovery of phosphorus from water by means of adsorption onto orange waste gel loaded with zirconium”, Bioresource Technology, 99, pp. 8685-8690. 11. Chirangano. M, A. B. Albadarin, Y. Glocheux and G. M.Walker (2014), “Removal of ortho-phosphate from aqueous solution by adsorption onto dolomite”, Journal of
Environmental Chemical Engineering, 2, pp. 1123–1130.
12. Das. D. P., J. Das and K. Parida (2003), “Physicochemical characterization and
adsorption behavior of calcined Zn/Al hydrotalcite-like compound (HTlc) towards removal of fluoride from aqueous solution”, Junal of Colloid and Interface Science, 261, pp. 213-220.
13. Forgen Albertsson (1966), The Sorption on Crystalline Zirconium Phosphate and Its dependence upon Crystallinity, Institude of Inorganic and Physical Chemistry,
University of Lund, Lund Sweden, Acta chemical Scandinavica. 20, pp. 1689-1702. 14. Grigori Zelmanov, Raphael Semiat (2014),“Phosphate removal from aqueous solution by an adsorption ultrafiltration system”, Separation and Purification
Technology, 132, pp. 487–495.
15. Honglei L, X. Sun, C. Yin and C. Hu (2008), “Removal of phosphate by mesoporous ZrO2”, Journal of Hazardous Materials, 151, pp. 616-622.
16. Jianbo L, H. Liu, X. Zhao, W. Jefferson, F. Cheng and Q. Iuhui (2014), “Phosphate removal from water using freshly formed Fe–Mn binary oxide: Adsorption behaviors and mechanisms”, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng Aspects, 455, pp. 11–18.
17. Kun W, L. Ting, M. Chao, C. Bing, C. Rong and W. Xiaochang (2013), “The role of Mn oxide doping in phosphate removal by Al-based bimetal oxides: adsorption behaviors and mechanisms”, Environ Sci Pollut Res, 21, pp. 620-630
18. Kostantinos K, P. Maximos Paschalis and A. N. Georgios (2007), “Removal of
phosphate species from solution by adsorption onto calcite used as natural adsorbent”,
Journal of Hazardous Materials A, 139, pp. 447–452.
19. Ling Z, W Lihua, C. Ning and L. Jianyong (2011), “Removal of phosphate from water by activated carbon fiber loaded with lanthanum oxide”, Journal of Hazardous Materials, pp. 848–855.
20. LIU Chang-jun, LI Yan-zhong, LUAN Zhao-kun, CHEN Zhao-yang, ZHANG Zhong-guo, JIA Zhi-ping (2007), “Adsorption removal of phosphate from aqueous solution by active red mud”, Journal of Environmental Sciences, 19, pp. 1166–1170. 21. Sujana. M.G, G. Soma, N. Vasumathi and S. Anand (2009), “Studies on fluoride adsorption capacities of amorphous Fe/Al mixed hydroxides from aqueous solutions”,
Journal of Fluorine Chemistry, 130, pp. 749–754.
22. Peng Cai, Hong Zheng (2012), “Competitive adsorption characteristics of
fluoride and phosphate on calcined Mg–Al–CO3layered double hydroxides”, Jounal
of Hazardous Materials 213-214, 100-108.
23. Ruiping L., G.Wenxin, L. Huachun, Y. Tianming, L. Huijuan and Q. Jiuhui (2012), “Simultaneous removal of arsenate and fluoride by iron and aluminum binaryoxide: Competitive adsorption effects”, Separation and Purification Technology, 92, pp.100– 105
24. Shintaro Yagi, Keisuke Fukushi (2012),“Removal of phosphate from solution by adsorption and precipitation of calcium phosphate onto monohydrocalcite”, Journal of
Colloid and Interface Science, 384, pp. 128–136.
25. Seiki T., K. Mineaki, K. Naohito, S. Toru, N. Takeo, A. Mamiko Araki, and T. Takamichi (2003), “Removal of phosphate by aluminum oxide hydroxide”, Journal of
Colloid and Interface Science, 257, pp. 135-140.
26. Senlin Tian, J. Peixi Jiang, Ping Ning and Yonghe Su (2009), “Enhanced adsorption removal of phosphate from water by mixed lanthanum/aluminum pillared montmorillonite”, Chemical Engineering Journal, 151, pp. 141–148.
27. Xin Huang, Xuepin Liao and BiShi (2009),“Adsorption removal of phosphate in industrial wastewater by using metal-loaded skin split waste”, Journal of Hazardous