Từ số liệu thu được của quá trình thực nghiệm ở các nồng độ ion kim loại ban đầu khác nhau, áp dụng vào các mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Các hệ số góc, hệ số chặn của phương trình, giá trị qm, hằng số KL, giá trị RL của mô hình động học Lamgmuir và giá trị 1/n, hằng số KF của mơ hình động học Freundlich được tính tốn và thể hiện trong bảng 3.13. Theo mơ hình động học Langmuir, dung lượng hấp phụ tối đa của SBC2-400-10S đối với Mn, Zn, Cd, Pb, As đạt 1282; 1676; 2040; 2380; 422 mg/kg. Giá trị RL dao động 0,1 – 0,78 (nằm trong 0 < RL < 1) cho thấy sự hấp phụ các ion Mn, Zn, Cd, Pb và As nằm trong khoảng thuận lợi. Giá trị RL của vật liệu hấp phụ càng nhỏ thì khả năng hấp phụ càng cao. Vật liệu biến tính SBC2-400-10S có giá trị RL trong hấp phụ Mn, Zn, Cd, Pb, As thấp và thấp hơn so với SBC2-400, SBC2-R-15S
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy quá trình hấp phụ của các vật liệu là phù
hợp với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich, do hệ số tương quan (R2) của 3 vật
liệu SBC2-400, SBC2-R-15S và SBC2-400-10S đánh giá hấp phụ Mn, Zn, Cd, Pb
và As đối với mơ hình hấp phụ Freundich cao hơn so với hệ số tương quan R2
của mơ hình hấp phụ Langmuir, vì vậy, các vật liệu có khả năng hấp phụ đa lớp các KLN trên bề mặt. Đối với mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich, giá trị KF càng cao thì khả năng hấp phụ càng cao. Hằng số KF của vật liệu SBC2-400-10S trong hấp phụ Mn, Zn, Cd, As lần lượt là: 295,89; 283,72; 90,65; 115,68; 113,89 và cao hơn hằng số KF của mẫu SBC2-400 đối với Mn, Zn, Cd, As; cao hơn hằng số KF tương ứng của mẫu SBC2-R-15S đối với Zn, Pb, As. Giá trị 1/n được sử dụng để đánh giá cường độ hấp phụ của một chất lên vật liệu hấp phụ. Giá trị 1/n nhỏ hơn 1
chỉ ra quá trình hấp phụ của các vật liệu phụ thuộc vào nồng độ dung dịch hấp phụ tức là qe nhanh chóng đạt giá trị lớn ở vùng nồng độ thấp và tăng chậm khi Ce tiếp tục tăng. Nhìn chung, vật liệu SBC2-400-10S có khả năng hấp phụ tốt hơn so với SBC2-400 và SBC2-R-15S.
Bảng 3.13. Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ theo nồng độ
KLN Vậtliệu Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich KL (L/mg) qm(mg/ kg) R 2 RL KF ((mg/kg)(L/mg)1/n) 1/n R 2 Mn SBC2-400 0,06 714 0,95 0,44 62,18 0,59 1,00 SBC2-R-15S 0,20 2173 0,34 0,20 362,82 0,64 0,87 SBC2-400-10S 0,24 1282 0,85 0,17 295,89 0,39 0,86 Zn SBC2-400 0,06 1111 0,88 0,47 81,25 0,67 0,95 SBC2-R-15S 0,03 2381 0,73 0,65 65,04 0,88 0,96 SBC2-400-10S 0,19 1667 0,76 0,21 283,72 0,51 0,96 Cd SBC2-400 0,01 3333 0,44 0,78 47,66 0,94 0,97 SBC2-R-15S 0,05 1961 0,07 0,52 153,82 1,00 0,52 SBC2-400-10S 0,05 2040 0,61 0,52 90,65 1,28 0,95 Pb SBC2-400 0,05 3333 0,26 0,52 176,27 0,77 0,79 SBC2-R-15S 0,03 1695 0,51 0,42 27,97 0,55 0,51 SBC2-400-10S 0,05 2380 0,32 0,51 115,68 1,28 0,95 As SBC2-400 0,03 2500 0,30 0,65 84,61 0,08 0,88 SBC2-R-15S 0,05 284 0,40 0,51 27,97 0,55 0,51 SBC2-400-10S 0,20 422 0,97 0,20 133,89 0,25 0,77
Tóm lại, dựa vào các tiêu chí như khả năng xử lý, chi phí sản xuất, độ bền thì SB2-400-10S tốt hơn hẳn so với 2 vật liệu SBC2-R-15S, SBC2-400.
3.2.5. Nghiên cứu hấp phụ cột của vật liệu biến tính
Nghiên cứu tiến hành trong quy mơ phịng thí nhiệm, mục đích để đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu dạng hạt SBC2-400-10S, SC2-400 và SBC2-R- 15S. Tiến hành nghiên cứu hấp phụ cột cho tới khi không thể quan sát thấy KLN hấp phụ lên vật liệu nữa (khi đó hàm lượng kim loại đầu vào bằng hàm lượng kim loại đầu ra). Nghiên cứu cụ thể của các vật liệu đối với 2 hệ thống (HT2 và HT3):
3.2.4.1. Đánh giá khả năng hấp phụ kim loại nặng của vật liệu hệ thống 2
Thí nghiệm hấp phụ cột được tiến hành khảo sát đối với hệ thống 2. Nồng độ ban đầu Co của Mn, Zn, Cd, Pb và As của hệ thống được chọn cho thí nghiệm hấp
phụ cột dựa trên hàm lượng nước thải trực tiếp của mỏ chì, kẽm Chợ Đồn với các nguyên tố lần lượt là Mn 20,11 ppm (gấp khoảng 20 lần mức độ cho phép), Zn 6,04 ppm (gấp khoảng 2 lần mức độ cho phép),Cd 0,51 ppm (gấp khoảng 5 lần mức độ cho phép), Pb 20,08 ppm (gấp khoảng 40 lần mức độ cho phép), As 1,02 ppm (gấp khoảng 10 lần mức độ cho phép).
Nồng độ của pH của dung dịch dao động trong khoảng 6,79 - 7,86. Kết quả đo pH của nồng độ ban đầu C0 của kim loại cho thí nghiệm hấp phụ dạng cột được điều chỉnh ở mức 7 tương ứng với nước trực tiếp tại khu chế biến, nhưng sau đó pH tăng lên 7,86 khi bắt đầu thí nghiệm. Nguyên nhân của sự tăng pH này là do thủy tinh lỏng (10% Na2SiO3) là muối của axit yếu với bazơ mạnh bị thủy phân trong nước tạo ra môi trường bazơ trên bề mặt hạt hấp phụ làm kết tủa các ion KLN. Sau đó,
các nhóm chức hydroxyl (OH-) một phần giảm đi do rửa trôi, phần khác do hấp phụ
các ion kim loai trên bề mặt vật liệu dạng hạt [54, 55, 107]. Số lượng các phần tử Na2SiO3 trên bề mặt hạt hấp phụ giảm dần và là nguyên nhân khiến pH giảm dần theo thời gian. Kết quả cũng cho thấy hấp phụ ion kim loại trong thí nghiệm hấp phụ dạng cột của vật liệu dạng hạt cao và chiếm các vị trí hấp phụ trên bề mặt vật liệu dạng hạt khiến khả năng hấp phụ của vật liệu dạng hạt này giảm dần theo thời gian, tương ứng tổng thể tích dung dịch ion kim loại tăng dần. Ngoài ra, sự chiếm giữ các vị trí trên bề mặt vật liệu dạng hạt cũng có nghĩa làm tăng dần các ion kim loại trên bề mặt vật liệu dạng hạt và đây cũng là nguyên nhân khiến pH giảm dần theo thời gian và đạt ở mức pH là 6,79 sau 25 ngày thí nghiệm.
Kết quả hấp phụ cột của vật liệu đối với Mn trong hệ thống 2: Hiệu suất xử lý
Mn của vật liệu dạng hạt trong thí nghiệm hấp phụ cột giảm dần theo thời gian, trong khoảng thời gian hấp phụ đến 5 ngày thì hiệu suất hấp phụ của vật liệu SBC2- 400-10S, SC2-400 và SBC2-R-15S rất tốt lần lượt là 85,8 -97,6%; 68,1-84,2% và 71,9 – 82%, sau đó giảm xuống 27,9%; 33,5%; 23,1% của 25 ngày thí nghiệm với tổng thể tích chảy qua cột vật liệu là 72 lít và dung lượng hấp phụ tương ứng 88960 mg/kg; 104940 mg/kg và 82930 mg/kg. Khả năng xử lý Mn của cả 3 vật liệu gần như nhau, nhưng dung lượng hấp phụ của vật liệu SBC2-400 cao nhất và SBC2-R- 15S thấp nhất (Hình 3.39).