Từ những kết quả trên và kết quả nghiên cứu hấp phụ đẳng nhiệt (phần 3.4) có thể kết luận sự hấp phụ RhB lên vật liệu nano-Al2O3 biến tính bề mặt bằng SDS gây ra do cả tương tác tĩnh điện và không tĩnh điện.
3.8. Khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
Độ bền, tính hiệu quả và kinh tế của vật liệu được đánh giá qua khả năng tái sử dụng vật liệu. Thí nghiệm tái sử dụng vật liệu được thực hiện qua năm lần hấp phụ/giải hấp. Dung dịch RhB hấp phụ trên các vật liệu M1 được giải hấp bằng dung dịch NaOH 0,1M. Các mẫu vật liệu sau khi giải hấp được rửa sạch RhB bằng nước cất đến khi nồng độ RhB trong dung dịch rửa nhỏ hơn giới hạn phát hiện của phương pháp UV-Vis (nhỏ hơn 7,3.10-8M). Vật liệu sau khi được rửa sạch, tiếp tục được biến tính và hấp phụ lại RhB. Kết quả trình bày trong Hình 3.22.
Hình 3.22. Kết quả khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu
99.79 97.54 93.47 86.94 100.00 99.66 99.71 98.93 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 1 2 3 4 H% Lần hấp phụ γ-M1 α-M1
Hình 3.22. cho thấy, hiệu suất hấp phụ RhB giảm rất ít sau 4 lần tái sử dụng (trên 85% đối với vật liệu γ-M1 và trên 98% đối với α-M1). Kết quả khảo sát chứng minh rằng vật liệu nano Al2O3 được biến tính bề mặt bằng chất hoạt động bề mặt SDS mang điện tích âm thân thiện với mơi trường là một chất hấp phụ có hiệu quả cao và có khả năng tái sử dụng tốt, có ý nghĩa về mặt kinh tế, phù hợp với định hướng phát triển xanh và bền vững. Khả năng tái sử dụng của vật liệu nano α-M1 tốt hơn vật liệu γ-M1.
3.9. Xử lý mẫu thực
Trong thực tế, mẫu nước thải dệt nhuộm rất phức tạp chứa nhiều tạp chất làm ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp phụ loại bỏ RhB có trong mẫu. Vì vậy, nghiên cứu khả năng hấp phụ xử lý RhB trong mẫu nước thải thực tế bằng vật liệu nano nhôm oxit biến tính bề mặt bằng SDS là rất quan trọng. Trong nghiên cứu này, nghiên cứu xử lý RhB trong 3 mẫu nước thải dệt nhuộm M1, M2 và M3 bằng phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu α-M0 và α-M1.
Mẫu được lấy về phịng thí nghiệm theo đúng hướng dẫn, quy định, sau khi ly tâm thu dịch lọc, sẽ được điều chỉnh pH = 4,0 và quét phổ UV-Vis ở khoảng bước sóng từ 500 đên 650nm để xác định RhB trong mẫu.
Thêm chuẩn RhB vào mẫu nếu cần thiết với điều kiện: thể tích chuẩn thêm vào ≤ 5% thể tích mẫu, nồng độ chuẩn thêm vào ≥ 2 lần nồng độ có trong mẫu.
- Tiến hành hấp phụ xử lý RhB trong mẫu như các bước ở mục 2.5.3. Tuy nhiên, thay vì thêm nước cất hai lần đủ 10 mL thì thêm mẫu chuẩn tới đủ 10 mL.
- Ly tâm, thu dịch lọc và quét phổ ở bước sóng từ 500 đên 650nm để xác định RhB trong mẫu sau hấp phụ.
Kết quả xử lý RhB trong mẫu thực được trình bày trong Bảng 3.10 và Hình 3.23.
Hình 3.23. Kết quả xử lý RhB trong mẫu nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu α-Al2O3 biến tính và khơng biến tính bằng SDS. A. Mẫu M1; B. Mẫu M2 và M2
thêm 10-5M RhB; C. Mẫu M3 và M3 thêm 10-5M RhB
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 500 550 600 650 Abs λ (nm) (A) M1 M1.α-M0 M1.α-M1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 500 550 600 650 Abs λ(nm) (B) M2 M2.α-M0 M2.α-M1 M2 thêm 10^-5M RhB (M2 thêm 10^-5M RhB).α-M0 (M2 thêm 10^-5M RhB).α-M1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 500 550 600 650 Abs λ(nm) (C) M3 M3.α-M0 M3.α-M1 M3 thêm 10^-5M RhB (M3 thêm 10^-5 RhB).α-M0 (M3 thêm 10^-5 RhB).α-M1
Bảng 3.10. Kết quả hấp phụ xử lý RhB trong mẫu nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu α-M0 và α-M1 Vật liệu Mẫu Lượng vật liệu (mg/mL) α-M0 α-M1 Cm (10-6 M) Ce (10-6 M) H% Ce (10-7 M) H% M1 Lần 1 2 5,59 2,62 53,07 KPH 100 Lần 2 2 5,69 2,73 52,08 KPH 100 Lần 3 2 5,58 2,52 54,69 KPH 100 M2 Lần 1 2 KPH KPH KPH Lần 2 2 KPH KPH KPH Lần 3 2 KPH KPH KPH M2 + RhB 10-5 M Lần 1 2 10,6 8,55 18,96 KPH 100 Lần 2 2 10,5 8,66 17,88 KPH 100 Lần 3 2 10,7 8,55 19,85 KPH 100 M3 Lần 1 2 KPH KPH KPH Lần 2 2 KPH KPH KPH Lần 3 2 KPH KPH KPH M3 + RhB 10-5 M Lần 1 2 10,6 8,64 18,41 KPH 100 Lần 2 2 10,6 8,65 18,22 KPH 100 Lần 3 2 10,6 8,64 18,49 KPH 100
Kết quả nghiên cứu (Bảng 3.10 và Hình 3.23.A,B,C) cho thấy vật liệu α-M0 chỉ xử lý được một phần RhB có trong mẫu, trong khi vật liệu α-M1 hấp phụ loại bỏ gần như hồn tồn RhB có trong mẫu. Điều này chứng minh rằng vật liệu α-Al2O3 biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS là vật liệu hiệu năng cao trong xử lý RhB trong mẫu nước thải. Đây là cơ sở để nghiên cứu phương pháp hấp phụ trên các vật liệu tự nhiên có thành phần nhơm oxit được biến tính với SDS để xử lý RhB trong mẫu nước thải.
KẾT LUẬN
Với mục tiêu nghiên cứu đề ra, luận văn đã đạt được các kết quả như sau:
1. Chế tạo thành công vật liệu nano nhôm oxit với hai thành phần pha là γ- Al2O3 và α-Al2O3 trong phịng thí nghiệm. Vật liệu nano Al2O3 có kích thước trung bình của nano γ-Al2O3 và α-Al2O3 lần lượt là khoảng 30nm và 40 nm. Diện tích bề mặt riêng của nano γ-Al2O3 và α-Al2O3 là 221,29 m2/g và 6,08 m2/g.
2. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) được ứng dụng để xác định nồng độ thuốc nhuộm mang điện dương Rhodamine B (RhB) có giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) lần lượt là 7,3x10-8M và 2,4x10-7M.
3. Các điều kiện hấp phụ tối ưu để xử lý RhB thu được như sau: đối với vật liệu nano γ-Al2O3 biến tính với SDS là pH = 4,0; muối nền NaCl 100mM; thời gian hấp phụ 120 phút; lượng vật liệu 5mg/mL; đối với vật liệu nano α-Al2O3 biến tính với SDS là pH = 4,0; muối nền NaCl 1mM; thời gian hấp phụ 120 phút; lượng vật liệu 5mg/mL. So sánh khả năng hấp phụ RhB của vật liệu nano Al2O3 biến tính tốt hơn nhiều lần so với vật liệu khơng biến tính đối với cả hai pha vật liệu.
4. Hiệu suất xử lý RhB bằng vật liệu nano Al2O3 biến tính với SDS rất cao với cả hai pha vật liệu. Sau 4 lần tái sử dụng, hiệu suất hấp phụ RhB của vật liệu nano γ-Al2O3 biến tính với SDS đạt trên 85%, đối với vật liệu nano α- Al2O3 biến tính với SDS đạt trên 98%. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu γ-Al2O3 và α- Al2O3 biến tính với SDS lần lượt là 165 mg/g và 52 mg/g.
5. Hấp phụ đẳng nhiệt RhB lên vật liệu nano Al2O3 biến tính bằng SDS phù hợp với mơ hình hai bước hấp phụ trong khi hấp phụ động học phù hợp với mơ hình động học giả bậc 2. Cơ chế hấp phụ RhB trên vật liệu nano Al2O3 biến tính bằng SDS được đánh giá qua sự thay điện tích bề mặt của vật liệu bằng phép đo thế zeta, sự thay đổi nhóm chức bề mặt bằng phổ FT-IR và các dữ liệu hấp phụ đẳng nhiệt và động học hấp phụ. Sự hấp phụ RhB trên vật liệu nano α-Al2O3 biến tính với SDS chủ yếu do lực hút tĩnh điện trong khi đối với γ-Al2O3 biến tính với SDS là do cả lực hút tĩnh điện và các lực tương tác khác.
6. Áp dụng phương pháp hấp phụ xử lý RhB trong 3 mẫu nước thải dệt nhuộm bằng vật liệu nano α-Al2O3 biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS. Hiệu suất xử lý RhB đạt 100%.
Kết quả nghiên cứu của luận văn chứng tỏ các phương pháp quang phổ hiện đại có nhiều ưu việt để nghiên cứu đặc tính, cơ chế hấp phụ RhB trên vật liệu nano Al2O3. Nghiên cứu cũng khẳng định vật liệu α-Al2O3 biến tính bằng SDS là vật liệu tiềm năng để xử lý RhB trong môi trường nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước
thải, Nhà xuất bản thống kê, Hà Nội.
2. Bùi Quang Cư, Đỗ Tiến Hưng, Bùi Quang Minh,Nguyễn Văn Thạt (2008),"Nghiên cứu phân hủy thuốc nhuộm trong nước bằng phương pháp điện hóa", Tạp chí Khoa học và công nghệ, 46(4), tr.83-92.
3. Trần Tứ Hiếu, Từ Vọng Nghi, Nguyễn Văn Ri, Nguyễn Xuân Trung (2007), Hóa
học phân tích - phần 2 - Các phương pháp phân tích cơng cụ, NXB Khoa học
và Kỹ thuật, ĐHQGHN.
4. Nguyễn Thị Lan Phương, Nguyễn Ngọc Lân, Trần Thị Hiền,Trần Thị Ánh Ngọc (2016)," Xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính phương pháp điện hóa với điện cực anot thép 304", Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 22(2),
tr.27-35.
5. Tạ Thị Thảo (2012), Giáo trình thống kê trong hóa phân tích, NXB Đại học
QGHN, Hà Nội.
6. Nguyễn Đình Triệu (2012), Các phương pháp vật lý hiện đại ứng dụng trong hóa
học, NXB Đại học QGHN, Hà Nội.
7. Viện kiểm nghiệm an toàn vệ sinh thực phẩm Quốc Gia (2010), Thẩm định phương pháp phân tích Hóa học và vi sinh vật, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
8. Adak A., Bandyopadhyay M.,A.Pal (2005),"Removal of crystal violet dye from wastewater by surfactant-modified alumina", Sep Purif Technol, 44(2), pp.139- 144.
9. Adak A., Bandyopadhyay M.,Pal A. (2006),"Fixed bed column study for the removal of crystal violet (C. I. Basic Violet 3) dye from aquatic environment by surfactant-modified alumina", Dyes and Pigments, 69(2006), pp.245-251.
10. Adak A.,Pal A. (2006),"Removal kinetics and mechanism for crystal violet uptake by surfactant-modified alumina", J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, 41(10), pp.2283-2297.
11. Al-Kadhemy M. F., Alsharuee I. F.,Al-Zuky A. A. D. (2011),"Analysis of the Effect of the Concentration of Rhodamine B in Ethanol on the Fluorescence Spectrum Using the ''Gauss Mod'' Function", Journal of Physical Science,
22(20), pp.77-86.
12. Ali S., Abbas Y., Zuhra Z.,Butlerc I. S. (2019),"Synthesis of γ-alumina (Al2O3) nanoparticles and their potential for use as an adsorbent in the removal of methylene blue dye from industrial wastewater", Nanoscale Advances, 1(1),
pp.213-218.
13. Almeida C. A. P., Debacher N. A., A.J.Downs, L.Cottet, et al. (2009),"Removal of methylene blue from colored effluents by adsorption on montmorillonite clay", Journal of Colloid and Interface Science, 332(1), pp.46-53.
14. Bakheet A. A. A. A.,Zhu X. S. (2017),"Determination of rhodamine b pigment in food samples by ionic liquid coated magnetic core/shell Fe3O4@SiO2 nanoparticles coupled with fluorescence spectrophotometry", Science, 5(1),
pp.1-7.
15. Blokhus A. M.,Djurhuus K. (2006),"Adsorption of poly (styrene sulfonate) of different molecular weights on α-alumina: effect of added sodium dodecyl sulfate", Journal of Colloid and Interface Science, 296(1), pp.64-70.
16. Botek P., PouStka J.,Hajslova J. (2007),"Determination of banned dyes in spices by liquid chromatography-mass spectrometry", Czech Journal of Food Science, 25(1), 17-24.
17. Brunauer S., Emmett P. H.,Teller E. (1938),"Adsorption of gases in multimolecular layers", Journal of the American chemical society, 60(2),
pp.309-319.
18. Campbell T., Kalia R. K., Nakano A.,Vashishta P. (1999),"Dynamics of Oxidation of Aluminum Nanoclusters using Variable Charge Molecular-
Dynamics Simulations on Parallel Computers", Physical reviiew letters,
82(24), pp.4866-4869.
19. Chiye T., Xining Z., Takashi O., Hiroki K., et al. (2014),"A simple and rapid chromatographic method to determine unauthorized basic colorants (rhodamine B, auramine O, and pararosaniline) in processed foods", Food science & nutrition, 2(5), 547-556.
20. Cuiping B., Xianfeng X., Wenqi G., Dexin F., et al. (2011),"Removal of rhodamine B by ozone-based advanced oxidation process", Desalination,
278(1-3), pp.84-90.
21. Dabwan A. H. A., Yuki N., Asri N. A. M., Katsumata H., et al. (2015),"Removal of Methylene Blue, Rhodamine B and Ammonium Ion from Aqueous Solution by Adsorption onto Sintering Porous Materials Prepared from Coconut Husk Waste", Open Journal of Inorganic Non-Metallic Materials, 5, pp.21-30.
22. Damodar R. A., You S.-J.,Ou S.-H. (2010),"Coupling of membrane separation with photocatalytic slurry reactor for advanced dye wastewater treatment",
Separation and Purification Technology, 76(1), pp.64-71.
23. Elder R. (1983),"Final report on the safety assessment of sodium lauryl sulfate and ammonium lauryl sulfate", J Am Coll Toxicol, 2(7), 127-181.
24. Franks G. V.,Ganz Y. (2007),"Charging Behavior at the Alumina–Water Interface and Implications for Ceramic Processing", Journal of the American Ceramic Society—Franks and Gan, 90(11), pp.3373-3388.
25. Fuerstenau D. W. (1956),"Streaming potential studies on quartz in solutions of aminium acetates in relation to the formation of hemi-micelles at the quartz- solution interface", The Journal of Physical Chemistry, 60(7), pp.981-985. 26. G.Vijayakumar, R.Tamilarasan,Dharmendirakumar M. (2012),"Adsorption,
Kinetic, Equilibrium and Thermodynamic studies on the removal of basic dye Rhodamine-B from aqueous solution by the use of natural adsorbent perlite",
27. Gakpan U.,Hameed B. H. (2009),"Parameters affecting the photocatalytic degradation of dyes using TiO2-based photocatalysts: a review", Journal of Hazardous Materials, 170(2-3), pp.520-529.
28. Guerra F. D., Attia M. F., Whitehead D. C.,Alexis F. (2018),"Nanotechnology for Environmental Remediation: Materials and Applications", Molecules,
23(1760), pp.1-23.
29. Hameed B. H.,El-Khaiary M. I. (2008),"Removal of basic dye from aqueous medium using a novel agricultural waste material: Pumpkin seed hull",
Journal of Hazardous Materials, 155(3), pp.601-609.
30. Hanaor D. A. H., Ghadiri M., Chrzanowski W.,Gan Y. (2014),"Scalable surface area characterization by electrokinetic analysis of complex anion adsorption",
Langmuir, 30(50), pp.15143-15152.
31. Hind A. R., Bhargava S. K.,McKinnon A. (2001),"At the solid/liquid interface: FTIR/ATR—the tool of choice", Advances in colloid and interface science,
93(pp.1-3), pp.91-114.
32. Ismail A. F.,David L. I. B. (2001),"A review on the latest development of carbon membranes for gas separation", Journal of membrane science, 193(1), pp.1-18.
33. J. L.,Hastings G. W. (2016), Chapter 5 Oxide bioceramics: inert ceramic materials in medicine and dentistry, Springer Science+Business Media, New
York.
34. Kasprzyk-Hordern B. (2004),"Chemistry of alumina, reactions in aqueous solution and its application in water treatment", Advances in Colloid and Interface Science,, 110(2004), pp.19-48.
35. Kathirvel P., Chandrasekaran J., Manoharan D.,Kumar S. (2014),"Preparation and characterization of alpha alumina nanoparticles by in-flight oxidation of flame synthesis", Journal of Alloys and Compounds, 590(2014), pp.341-345. 36. Khazaei A., Nazari S., Karimi G., Ghaderi E., et al. (2016),"Synthesis and
Liquor with Two Different Surfactants", Int. J. Nanosci. Nanotechnol, 12(4),
pp.207-214.
37. Lefèvre G., Duc M.,Fédoroff M. (2004),"Effect of solubility on the determination of the protonable surface site density of oxyhydroxides",
Journal of Colloid and Interface Science, 269(2), pp.274-282.
38. Mazloomi F.,Jalali M. (2016),"Ammonium removal from aqueous solutions by natural Iranian zeolite in the presence of organic acids, cations and anions",
Journal of Environmental Chemical Engineering, 4(1), pp.240-249.
39. Moghaddam S. S., Moghaddam M. R. A.,Arami M.
(2010),"Coagulation/flocculation process for dye removal using sludge from water treatment plant: optimization through response surface methodology",
Journal of Hazardous Materials, 175(1-3), pp.651-657.
40. Munuswamy D. B., Madhavan V. R.,MukundhanMohan (2015),"Synthesis and Surface Area Determination of Alumina Nanoparticles by Chemical Combustion Method", International Journal of ChemTech Research, 8(11),
pp.413-419.
41. Nero M. D., Galindo C., Barillon R., Halter E., et al. (2010),"Surface reactivity of α-Al2O3 and mechanisms of phosphate sorption: In situ ATR-FTIR spectroscopy and ζ potential studies", Journal of Colloid and Interface Science, 342(2), pp.437-444.
42. Nethaji S., Sivasamy A.,B.Mandal A. (2013),"Adsorption isotherms, kinetics and mechanism for the adsorption of cationic and anionic dyes onto carbonaceous particles prepared from Juglans regia shell biomass",
International Journal of Environmental Science and Technology, 10(2),
pp.231-242.
43. Osbornm J. H. (2014),"Understanding and Specifying Anodizing: what", OMW Corporation, Retrieved 2014.
44. Ozkantar N., Soylak M.,Tunzen M. (2017),"Spectrophotometric detection of rhodamine B in tap water, lipstick, rouge, and nail polish samples after
supramolecular solvent microextraction", Turkish Journal of Chemistry,
41(2017), pp.987-994.
45. P.K.Mallick (2007), Third edition - Fiber-reinforced composites: materials, manufacturing, and design, CRC Press Taylor & Francis Group, Michigan,
US.
46. Papic´ S., Koprivanac N., Ana Loncˇaric´ Bozˇic´ ,Metesˇ A. (2004),"Removal of some reactive dyes from synthetic wastewater by combined Al (III) coagulation/carbon adsorption process", Dyes and Pigments, 62(3), pp.291-
298.
47. Parida K. M., Pradhan A. C., Das J.,Sahu N. (2009),"Synthesis and characterization of nano-sized porous gamma-alumina by control precipitation method", Materials Chemistry and physics, 113(1), pp.244-248.
48. Pham T. D., Do T. T., Ha V. L., Doan T. H. Y., et al. (2017),"Adsorptive removal of ammonium ion from aqueous solution using surfactant-modified alumina", Environmental Chemistry, 14(5), pp.327-337.
49. Pham T. D., Kobayashi M.,Yasuhisa A. (2015),"Adsorption of anionic surfactant sodium dodecyl sulfate onto alpha alumina with small surface area",
Colloid and Polymer Science, 293(1), pp.217-227.
50. Pham T. D., Nguyen H. H., Nguyen N. V., Vu T. T., et al. (2017),"Adsorptive