CHƢƠNG 4 : PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH
4.4. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
ASEN CỦA VẬT LIỆU THEO PHƢƠNG PHÁPGIÁN ĐOẠN 4.4.1. Ảnh hƣởng của pH
Quá trình hấp phụ ln phụ thuộc rất lớn vào pH của dung dịch chứa chất bị hấp phụ, việc xác định đƣợc khoảng pH mà khả năng hấp phụ của vật liệu là tốt nhất sẽ giúp cho việc khảo sát các yếu tố khác trong nghiên cứu, đồng thời ứng dụng vào thực tế xử lý. Sự thay đổi pH của môi trƣờng dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị
hấp phụ, các nhóm chức bề mặt, thế oxy hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó. Vì vậy pH ln là yếu tốđầu tiên và quan trọng ảnh hƣởng tới tất cả các quá trình xửlý nƣớc hiện nay.
Khảo sát hấp phụ asen với nồng độ 300 ppb với thể tích dung dịch là 50 ml với
vật liệu Ceramic – Bùn sắt.
Chỉnh pH thay đổi từ 4 đến 9 đƣợc điều chỉnh bằng HNO3 1N và NaOH 1N hoặc các nồng độ loãng hơn. Cho 1g vật liệu cho vào các erlen chứa dung dịch và đem lắc với tốc độ 250 vòng/phút, trong thời gian khảo sát 30 phút để chắc chắn điểm hấp phụ cân bằng xảy ra, tại nhiệt độ phòng lúc khảo sát.
Các mẫu sau khi lắc xong đem lọc qua giấy lọc và lấy một lƣợng thể tích đi đo.
4.4.2. Ảnh hƣởng của thời gian hấp phụ
Thời gian tiếp xúc của chất hấp phụ với dung dịch chứa chất bị hấp phụ cần đƣợc khảo sát để biết đƣợc thời gian hấp phụ cân bằng xảy ra. Từ đó, ta xác định đƣợc động học hấp phụ của chất bị hấp phụ vào chất hấp phụ. Qua đó, ta đánh giá đƣợc hiệu quả hấp phụ của vật liệu.
Ta tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của thời gian tiếp xúc giữa asen và vật liệu
Ceramic –bùn Sắt tại giá trị pH tối ƣu. Qúa trình tiến hànhthí nghiệm nhƣ sau:
Khảo sát dung dịch asen tại nồng độ 300 ppb với thể tích dung dịch là 50 ml, pH dung dịch đƣợc điều chỉnh về pH tối ƣu đã khảo sát trong thí nghiệm trƣớc.
Cho 1g vật liệu vào các erlen chứa 50ml mẫu và đem lắc với tốc độ 250
vòng/phút, trong các mốc thời gian là 15, 30, 45, 60 và 90 phút tại nhiệt độ phòng lúc
khảo sát.
Các mẫu sau khi lắc xong đem lọc qua giấy lọc và lấy một lƣợng thể tích đi đo.
4.4.3. Nghiên cứu cân bằng hấp phụđẳng nhiệt
Đây là một thí nghiệp rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu, giúp ta đánh giá đƣợc khả năng hấp phụ của một vật liệu hấp phụ bất kỳ. Qua thí nghiệm, ta có thể xác định đƣợc phƣơng trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, thơng qua đó ta xác định đƣợcdung lƣợng hấp phụ cực đại, kiểm tra tính phù hợp của các đƣờng đẳng nhiệt này khi so sánh với dữ liệu thực nghiệm.
Ta tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ asen đến quá trình hấp phụ tại giá tri pH tối ƣu, liều lƣợng tối ƣu và thời gian cân bằng.
Các bƣớc tiến hành:
- Sau khi chỉnh pH về giá trị pH tối ƣu, cho vào các bình tam giác với một
lƣợng dung dịch asen nhƣ nhau là 50ml ở các nồng độ khác nhau: 50ppb, 100ppb, 150ppb, 200ppb, 250ppb và 300ppb.
- Cho 1g vật liệu Ceramic – Bùn sắt vào mỗi cốc, đem mẫu đi lắc trong khoảng thời gian hấp phụ cân bằng tại nhiệt độ phịng lúc khảo sát.
- Sau đó đem mẫu đi lọc và lấy một thể tích nhất định đi đo.
Các hằng số đẳng nhiệt của quá trình hấp phụ asen trên vật liệu được xác định từ kết quả của các số liệu thực nghiệm trên phần mềm tính tốn Sigmaplot.
4.4.4. Nghiên cứu động học hấp phụ
Ta tiến hành khảo sát ảnh hƣởng cửa thời gian tiếp xúc giữa vật liệu hấp phụ và dung dịch Asen tại giá trị pH tối ƣu.
Dùng 6 cốc đánh số thứ tự từ 1 đến 6 cho vào mỗi cốc 50ml dung dich asen ở
nồng độ 200 và 300 ppb rồi chỉnh pH mỗi cốc về giá trị pH tối ƣu.
Sau đó cân chính xác lƣợng vật liệu với liều lƣợng tối ƣu cho vào mỗi cốc đem đi
lắc với khoảng thời gian tƣơng ứng 15, 30, 45, 60, 90 phút ở nhiệt độ phòng khoảng 270C.
4.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG TỚI QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
ASEN CỦA VẬT LIỆU THEO PHƢƠNG PHÁP CỘT 4.5.1. Chuẩn bị cột hấp phụ
Cột hấp phụ là cột thủy tinh cao 25cm, đƣờng kính 1cm, nối với bình chứa dung dịch có dung tích 4 lít có van điều chỉnh lƣu lƣợng và dây dẫn.
Cân 14g vật liệu Ceramic – Bùn sắt, cỡ hạt 0,2 – 0,45 vì để tránh gây ra hiện tƣợng tắt nghẽn trong cột và làm tăng trở lực lọc, khơng nên sử dụng kích cỡ hạt q nhỏ. Sau đó, ngâm vật liệu trong nƣớc cất để loại bỏ hết bọt khí và tiến hành dồn vào cột. Để giảm tối đa dịng chảy tắt khi q trình hấp phụ xảy ra (sự tiếp xúc giữa hai
pha rắn – lỏng hoàn hảo hơn) cột đƣợc nhồi sao cho trong cột hồn tồn khơng có bọt khí. Cho dung dịch As đi qua cột hấp phụ có thể tích 11ml (ứng với 1 Bed – volume),
điều chỉnh tốc độ dòng nhờ van ở đầu ra của cột, dung dịch sau khi chảy qua cột đƣợc
lấy theo từng Bed –volume (BV) để tiến hành xác định hàm lƣợng As.
Bed –Volume (hay đơn vị thể tích cơ sở): Là thể tích của dung dịch chảy qua cột đúng bằng thể tích lượng vật liệu nhồi trong cột [59].
Hình 4.2. Mơ hình thí nghiệm khảo sát q trình hấp phụđộng trên cột
4.5.2. Ảnh hƣởng của pH
Để khảo sát ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ As của vật liệu, chúng tôi chuẩn bị cột hấp phụ nhƣ đã nêu ở 4.5.1. Tiến hành khảo sát với pH của dung dịch As
Bình chứa mẫu cần khảo sát: As5+
Bông chặn Vật liệu Ceramic – Bùn sắt
thay đổi từ 4 đến 9 đƣợc điều chỉnh bằng HNO3 1N và NaOH 1N hoặc các nồng độ loãng hơn. Dẫn dung dịch chứa As chảy liên tục qua cột hấp phụ với nồng độ ban đầu 300 ppb có pH = 7,2 và điều chỉnh tốc độ dịng chảy là 5 ml/phút, dung dịch sau khi chảy qua cột đƣợc tiến hành xác định hàm lƣợng As bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ
nguyên tử AAS.
4.5.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ
Ta tiến hành khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến quá trình hấp phụ Asen tại giá trị
pH, lƣu lƣợng tối ƣuđã khảo sát trong thí nghiệm trƣớc. Dung dịch As có nồng độ 300
ppb, đƣợc điều chỉnh bằng máy khuấy từ và nhiệt kế để khảo sát lần lƣợt ở nhiệt độ
20oC, 25oC, 30oC, 35oC, 40oC và 450C. Dung dịch sau khi chảy qua cột đƣợc tiến hành
xác định hàm lƣợng As bằng phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
4.5.4. Ảnh hƣởng của lƣu lƣợng chảy
Chuẩn bị cột hấp phụ nhƣ đã nêu ở 4.5.1. Dẫn dung dịch chứa As chảy liên tục qua cột hấp phụ với nồng độ ban đầu 300 ppb có pH = 7,2 và điều chỉnh tốc độ dòng với các giá trị lần lƣợt là 1 ml/phút, 2 ml/phút, 3 ml/phút, 4 ml/phút, 5 ml/phút, 6 ml/phút và 7 ml/phút.
4.5.5. Ảnh hƣởng của nồng độ
Để khảo sát ảnh hƣởng của nồng độ đầu vào đến khả năng hấp phụ As của vật
liệu, chúng tôi chuẩn bị cột nhƣ đã nêu ở 4.5.1. Thay đổi nồng độ đầu vào của dung dịch As lần lƣợt là 50ppb, 100ppb, 150ppb, 200ppb, 300ppb, pH dung dịch đƣợc điều chỉnh về pH tối ƣu, nhiệt độ và tốc độ dịng chảy tối ƣu đã khảo sát trong thí nghiệm trƣớc. Dung dịch sau khi chảy qua cột đƣợc tiến hành xác định hàm lƣợng As bằng
phƣơng pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
4.5.6. Ảnh hƣởng của các cation và anion
Ta tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của quá trình hấp phụ As của vật liệu khi trong
mơi trƣờng nƣớc có mặt các cation Zn2+, Cu2+, Pb2+, Fe2+ và các anion NO3-, SO42-.
Dẫn dung dịch As có nồng độ 300 ppb kết hợp với cation và anion ở trên, chảy liên tục qua cột và điều chỉnh tốc độ dòng qua cột là 5 ml/phút.
Nồng độ của các ion cạnh tranh hấp phụ asen trên vật liệu Ceramic – Bùn sắt đƣợc thể hiện ở bảng sau:
Bảng 4.9. Nồng độ cation và anion có mặt trong dung dịch khảo sát STT Ion Nồng độ, mg/l STT Ion Nồng độ, mg/l 1 Cu2+ 0 3 5 10 2 Pb2+ 0 3 5 10 3 Zn2+ 0 3 5 10 4 Fe2+ 0 1 3 5 5 NO3- 0 100 300 500 6 SO42- 0 500 750 1000
4.5.7. Nghiên cứu hấp phụđộng trên cột bằng mơ hình Bed – volume