Khoảng pH Nồng độ As trong dung dịch sau hấp
phụ (µg/L) Hiệu suất hấp phụ (%) 3 2,069 98,97 4 2,3538 98,82 5 27,4215 86,29 6 33,2098 83,40 7 25,6382 87,18 8 7,6732 96,62 9 11,6605 94,17
Từ kết quả ở Bảng 8 vẽ được đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của nồng độ As trong dung dịch sau hấp phụ vào pH như Hình 21:
Hình 21. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As
Từ kết quả trong Bảng 8 và Hình 21, ta thấy với pH trong khoảng từ 3 đến 4 hiệu suất hấp phụ của vật liệu MZ là lớn nhất. Tại khoảng pH trung tính, hiệu suất hấp phụ giảm nhưng không nhiều.
Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As(III) của vật liệu MZ có thể giải thích như sau: trước hết As(III) được oxi hoá lên As(V) bằng MnO2 theo phản ứng:
2MnO2 + H3AsO3 + H2O → 2MnOOH + H2AsO4- + H+ 2MnOOH + H3AsO3 + 3H+ → 2Mn2+ + H3AsO4 + 2H2O.
Sau đó As(V) được hấp phụ trên bề mặt vật liệu MZ. Quan sát các dạng tồn tại của As theo Eh và pH trong dung dịch như trên Hình 22 cho thấy, As(V) (H2AsO4-) tồn tại chủ yếu trong khoảng pH = 3-6, còn trong khoảng pH = 6,5-9, As tồn tại chủ yếu ở dạng As(III). Theo các nghiên cứu, As bị hấp phụ vào vật liệu tốt nhất khi ở dạng As(V) [24].
Hình 22. Các dạng tồn tại của As theo Eh và pH trong dung dịch [16]
Hơn nữa, theo Qin Li (2012) và các cộng sự, Holl (2010) thì khi q trình hấp phụ xảy ra, có sự tạo thành các phức chất phức tạp trên bề mặt vật liệu MZ. Cơ chế hấp phụ As(V) trong dung dịch ở dạng HAsO42- của zeolit biến tính chứa MnO2 có thể được xác định bằng các quá trình xảy ra sau đây:
Z-MnO2 + H+ → Z-MnOO–H+ Z-MnOO–H+ + H+ → Z-MnOOH2+
Z-MnOOH2+ + H2AsO4- → Z-MnOOH2 – H2AsO4; 2Z-MnOOH2+ + HAsO42- → (Z-MnOOH2)2 – HAsO4; Ở pH có tính axit, H2AsO4-
là dạng chính của As (V) trong dung dịch (do HAsO42- có thể chuyển hoá thành H2AsO4- theo phương trình HAsO42- + H+ → H2AsO4-). Qin Li và Holl giải thích rằng, pH thấp làm tăng proton của bề mặt hấp phụ dẫn đến tăng tích điện dương và tăng cường lực hút giữa các bề mặt chất hấp phụ và As(V), dẫn đến tăng hấp phụ.
Tại dải pH mang tính kiềm, HAsO42- là dạng chính của As (V) trong dung các dung dịch. pH cao hơn không thuận lợi cho sự tăng các proton của bề mặt chất hấp phụ, tăng điện tích âm dẫn đến làm tăng lực đẩy và giảm hấp phụ [28].
Có thể nhận thấy rằng trong khoảng thay đổi pH rộng từ 3-9 trong dung dịch hiệu suất hấp phụ của vật liệu khơng có sự thay đổi lớn (83,40 - 98,97%). Đây cũng chính là ưu điểm được ghi nhận của vật liệu MZ so với vật liệu gốm xốp mang MnO2 và các hệ khống biến tính đã làm trước như với hệ bentonit biến tính Fe, hệ Fe-Mn, than hoạt tính phụ thuộc rất nhiều vào pH của dung dịch.
Như vậy điều kiện pH = 3 được lựa chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
3.2.3. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu MZ
Kết quả phân tích nồng độ As cân bằng trong dung dịch sau hấp phụ được trình bày trong Bảng 9: