CHƯƠNG II : TÍNH CHÁT CỦA SODIUM LAURYLSULFATE
3.3. Biến tính bề mặt goethite hấp phụ arsenic
3.3.1. Độc tính của arsenic
Arsenic được biết đến là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh khác nhau cho con người, từ phát ban da đến ung thư biểu mơ và sự hiện diện của nó ở nồng độ cực cao trong nước uống gây ra mối đe dọa cho hàng triệu người ở Tây Bengal của Ấn Độ và Bangladesh. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USPEA) đã sửa đổi mức ô nhiễm tối đa đối với asen trong nước uống từ 50 µg/L xuống 10 µg/L vì tác dụng độc hại đã được chứng minh của nó đối với sức khỏe con người. Trong các điều kiện khử, arsenic xảy ra ở dạng hóa trị ba (loại axit arsenious) trong khi trạng thái hóa trị năm (loại axit arsenic) thường xảy ra trong điều kiện oxy hóa trong hệ thống nước. Để chống lại vấn đề ô nhiễm asen, các phương pháp xử lý khác nhau đã được đưa ra. Các phương pháp phổ biến nhất bao gồm ứng dụng của nhôm và muối sắt được sử dụng trong lọc nước. Việc loại bỏ arsenic được thực hiện bằng kỹ thuật hấp phụ, trong đó các chất hấp phụ như hydroxit sắt vơ định hình, ferrihydrit, quặng sắt tự nhiên, sắt mangan [17]
3.3.2. Vật liệu goethite
Trong số các chất hấp phụ khác nhau, các khoáng chất mang sắt, đặc biệt là goethit được quan sát là có hiệu quả hơn và khả thi về mặt kinh tế. Các phương pháp tổng hợp khác nhau của goethit đã được xem xét và nhận thấy rằng kích thước, hình dạng hạt và diện tích bề mặt của goethit phụ thuộc vào tỷ lệ Fe (III): OH, tốc độ chuẩn độ bazơ của muối sắt, nhiệt độ trung hòa và thời gian kết tinh. Hầu hết các phương pháp tổng hợp dựa trên sự trung hòa của nitrat sắt với một chất kiềm và q trình lão hóa tiếp theo kéo dài từ 20 giờ đến 336 giờ. Diện tích bề mặt riêng của các mẫu goethit thu được bằng phương pháp trên nằm trong khoảng từ 11 m2/g đến 150 m2/g [18].
3.3.3. Quy tình biến tính
Chuẩn bị hóa chất: Bột sắt loại điện phân (độ tinh khiết 99,9%) được xử lý bằng axit sulfuric để chuẩn bị dung dịch sulfat sắt 0.5 M. Sodium lauryl sulfate (SLS) đến từ British Drug House.
Tiến hành biến đổi bề mặt: 100 mL dung dịch sodium lauryl sulfate được thêm vào sulfat sắt 0.5 M trong điều kiện khuấy liên tục. Natri cacbonat 2.0 M được thêm vào
18
dung dịch sắt sunfat thông qua một buret trong điều kiện khuấy, cho đến khi thu được pH của bùn là 10. Tại điểm nối này, các ion sắt bị kết tủa dưới dạng cacbonat sắt ở dạng kết tủa màu xanh lục nhạt. Thêm một phần nhỏ natri hydroxit 2.0 M vào bùn để nâng pH lên 12. Oxy được cho đi qua dung dịch bằng một ống hút thủy tinh có đục lỗ. Cacbonat sắt kết tủa, hòa tan một phần để tạo ra hydroxit sắt và q trình oxy hóa kích hoạt sự hình thành của một hợp chất khác được gọi là Green Rust Carbonate (GRC1). Với sự bắt đầu của q trình oxy hóa tiếp theo, GRC1 bị oxy hóa thành sắt oxy hydroxit (α–FeO·OH). Thời gian tẩy rửa oxy được duy trì trong khoảng thời gian 12 giờ. Kết tủa được lọc và rửa bằng nhiều nước cất hai lần để loại bỏ kiềm dư. Cuối cùng, được làm khô ở 90 oC trong 6 giờ, bột sắt oxyhydroxit mịn thu được và được bảo quản cho các nghiên cứu hấp phụ [18].
3.3.4. Phân tích kết quả
Hình 3.4 Phổ FT-IR: (a) goethit tinh khiết, (b) goethit đã biến tính bề mặt
Goethite với diện tích bề mặt cao được tổng hợp từ sunfat sắt được xử lý bằng sodium lauryl sulfate và natri cacbonat. Cụ thể, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ của goethit là 103 m2/g và 0.50 cm3/g. Các thí nghiệm hàng loạt về sự hấp phụ đã được thực hiện để nghiên cứu hiệu quả của việc loại bỏ arsenic khỏi các dung dịch nước. PH tối ưu của quá trình hấp phụ được xác định là 5.0. Các phép đo điện thế zeta đã chỉ ra rằng arsenic được hấp phụ trên goethite bằng cách hấp thụ hóa học. Động học hấp phụ arsenic của vật liệu đã được biến tính là 10–20 mg/L. Đặc điểm FT–IR của goethite hấp phụ
19
asen đã chứng minh một cách rõ ràng sự hình thành các liên kết As–O–Fe và sự hiện diện của các liên kết As–O. Dựa vào các kêt quả trên thì sự hình thành phức chất bề mặt là có lợi cho q trình hấp phụ arsenic [18].
20