Theo các nghiên cứu thì As(V) tồn tại trong nước ở các dạng H3AsO4, H2AsO4-, HAsO42-, AsO43-, trong đó ở pH 2 - 6 dạng tồn tại chủ yếu là H2AsO4-, pH 7 -10 tồn tại các dạng HAsO42-, AsO43- [68,71]. Các dạng tồn tại của As(V) được hấp phụ trên bề mặt của oxit/hidroxit sắt tạo thành các phức monodentat theo phương trình [131, 144]:
≡ FeOH + H3AsO4 = ≡ FeH2AsO4 + H2O ≡ FeOH + H2AsO4- = ≡ FeHAsO4- + H2O ≡ FeOH + HAsO42-
= ≡ FeAsO42- + H2O
Hơn nữa điện tích điểm khơng (pHpzc) của Hematit Fe2O3 là 6,7, của goethit là 6,8 [61, 131] và khi pH dung dịch hấp phụ thấp hơn pHpzc, bề mặt vật liệu tích điện dương thì q trình hấp phụ thuận lợi đối với các anion. Trong khi đó As(V) chủ yếu tồn tại ở dạng anion nên giá trị pH hấp phụ tốt nhất với As(V) là trong môi trường pH < 7. Kết quả thực nghiệm cho thấy dung lượng hấp phụ As(V) cao nhất với RM-Fe đạt 0,095 mg/g ở pH 5. Chúng tôi đã lựa chọn các giá trị pH này để khảo sát các bước tiếp theo. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 2 4 6 8 10 qe (m g/ g) pH NH4+ NO2- 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 2 4 6 8 10 12 q e (m g /g ) pH Hấp phụ As(V) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 qe (m g/ g) pH Hấp phụ Pb(II)
Với quá trình hấp phụ anion NO2-
có thể giải thích tương tự như với As(V) ở dạng anion. Quá trình hấp phụ NO2-
phù hợp nhất ở giá trị pH 5 với dung lượng hấp phụ là 0,683 mg/g.
* Quá trình hấp phụ cation Pb II) và NH4+:
Đối với quá trình hấp phụ amoni giống với ở vật liệu RMW 350, ở pH > 7 xảy quá trình mất NH4+ do cân bằng chuyển dịch sang ưu tiên hình thành NH3 cộng với hấp phụ một phần của NH4+
bị hấp phụ nên làm cho dung lượng hấp phụ tính theo nồng độ amoni cịn lại trong dung dịch có xu hướng tăng lên đặc biệt là từ giá trị pH 8-9, giá trị dung lượng hấp phụ đó không phản ánh đúng khả năng hấp phụ của vật liệu. Căn cứ vào các kết quả khảo sát thì giá trị pH được lựa chọn phù hợp nhất với quá trình hấp phụ NH4+ là 6.
Đối với quá trình hấp phụ Pb(II) thì dung lượng phụ tăng dần theo pH của dung dịch nhưng đến pH 6, dung lượng hấp phụ bắt đầu giảm do có sự hình thành các phân tử của kết tủa Pb(OH)2 không tham gia hấp phụ làm giảm khả năng hấp phụ của vật liệu [81]. Quá trình hấp phụ Pb(II) xảy ra trên bề mặt vật liệu là do có sự kết hợp với các nhóm hydroxyl của vật liệu tạo thành các phức bền [85]:
≡ FeOH + Pb2+ ⇌ ≡ FeOHPb2+
≡ FeOH + Pb2+ ⇌ ≡ FeOPb+
+ H+ ≡ FeOH + Pb2+
+ H2O ⇌ ≡ FeOPbOH + 2H+
Như vậy trên bề mặt vật liệu chứa nhiều nhóm hydroxyl thì khả năng hấp phụ càng cao, dung lượng đạt giá trị cao nhất là 0,0895 mg/g với RM-Fe là ở pH 5.
b.Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc
Thời gian tiếp xúc giữa hai pha thay đổi từ 30 đến 240 phút đối với Pb(II), As(V), từ 30 phút đến 300 phút đối với NO2-, NH4+. Các điều kiện lượng chất hấp phụ, thể tích, nồng độ chất hấp phụ và pH thích hợp được lựa chọn theo mục 3.3.2.1 (a). Kết quả được thể hiện ở hình 3.29.
Thời gian đạt cân bằng cho quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu RM-Fe là 90 phút, còn với Pb(II), NH4+, NO2- là 180 phút. Thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với asen nhanh hơn nhiều so với các ion khác. Điều này có thể do q trình asen
chế tạo liên kết cầu nội hay tạo hợp chất bề mặt như các ion khác. Đồng thời vật liệu RM-Fe cũng có khả năng hấp phụ cao nhất đối với As(V) so với các cation và anion khác. Kết quả này cũng phù hợp với nhiều nghiên cứu khác khi lựa chọn từ oxit /hidroxit sắt để hấp phụ As(V) trong nước [74, 101, 131].