CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.3.1. Khảo sỏt quỏ trỡnh hấp phụ As trờn VLHP (M2) ở điều kiện tĩnh
Phƣơng phỏp tĩnh trong khảo sỏt khả năng hấp phụ của vật liệu là cho một lƣợng pha rắn vào trong thể tớch xỏc định của dung dịch mẫu cần phõn tớch. Điều chỉnh mụi trƣờng thớch hợp, lắc hoặc khuấy dung dịch trong một thời gian nhất định để cho quỏ trỡnh phõn bố chất tan giữa 2 pha đạt tới trạng thỏi cõn bằng. Khi đú, khả năng hấp phụ sẽ đƣợc đỏnh giỏ thụng qua qe gọi là dung lƣợng hấp phụ (mg/g).
Cỏc yếu tố ảnh hƣởng đến dung lƣợng hấp phụ lần lƣợt đƣợc khảo sỏt là: Ảnh hƣởng của giỏ trị pH, thời gian lắc và nồng độ ban đầu của dung dịch As đến khả năng hấp phụ As của vật liệu hấp phụ.
3.3.1.1. Khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As của VLHP
Lấy 7 bỡnh tam giỏc 250ml, cho vào mỗi bỡnh 100ml dung dịch As 25ppm. Dựng dung dịch NaOH 0,1M và HNO3 0,1M điều chỉnh pH của cỏc dung dịch trờn từ 2 đến 8 bằng mỏy đo pH (đỏnh dấu tƣơng ứng với cỏc bỡnh từ 1 đến 7).
Lấy 0,5gam (VLHP) cho vào mỗi bỡnh trờn, đậy nắp cỏc bỡnh lại sau đú đem lắc cỏc dung dịch trờn mỏy lắc với tốc độ 150 vũng/phỳt trong khoảng thời gian 150 phỳt. Sau khi lắc xong, để lắng dung dịch trong 5 đến 10 phỳt. Tiếp tục đem gạn và lọc lấy phần dung dịch trong suốt bằng giấy lọc băng xanh. Bổ sung thờm nền axit HNO3 0,5% và chất cải biến nền Pd(NO3)2 50ppm.
Tiến hành kiểm tra nồng độ As cũn lại trong dung dịch bằng cỏch đo trờn mỏy GF - AAS (AA - 6800, Shimadzu, Nhật Bản ). Kết quả nghiờn cứu ảnh hƣởng của giỏ trị pH đến dung lƣợng hấp phụ As trờn vật liệu hấp phụ (M2) đƣợc chỉ ra trong bảng 3.14:
Bảng 3.14: Ảnh hưởng của giỏ trị pH đến dung lượng hấp phụ As trờn vật liệu hấp phụ (M2)
2 3 4 5 6 7 8
C0 (ppm) 25 25 25 25 25 25 25
Ce (ppm) 9,15 7,90 6,75 6,20 6,90 8,05 9,30
Từ bảng 3.14, chỳng tụi tiến hành xõy dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của giỏ trị pH đến dung lƣợng hấp phụ As của vật liệu hấp phụ. Kết quả chỉ ra ở đồ thị hỡnh 3.10 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 pH q (mg/g) Hỡnh 3.10: Đồ thị biểu diễn
ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As của VLHP
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.14 và hỡnh 3.10, cho thấy tại giỏ trị pH bằng 5 thỡ khả năng hấp phụ As lờn vật liệu là tốt hơn. Vỡ vậy, chỳng tụi chọn pH = 5 là giỏ trị pH tối ƣu để tiến hành cỏc thớ nghiệm tiếp theo.
3.3.1.2. Khảo sỏt ảnh hưởng của thời gian đạt cõn bằng hấp phụ đến khả năng hấp phụ As trờn VLHP
Để xỏc định thời gian đạt cõn bằng hấp phụ As lờn vật liệu. Chỳng tụi lấy 7 tam giỏc 250ml cho vào mỗi bỡnh 100ml dung dịch As 25ppm. Điều chỉnh giỏ trị pH = 5 bằng cỏc dung dịch HNO3 0,1M và NaOH 0,1M.
Lấy 0,5gam (VLHP) cho vào mỗi bỡnh trờn, đậy nắp cỏc bỡnh lại sau đú lắc cỏc bỡnh trờn mỏy lắc với tốc độ 150 vũng/phỳt trong thời gian tƣơng ứng là: Bỡnh 1 lắc 30 phỳt; bỡnh 2 lắc 60 phỳt; bỡnh 3 lắc 90 phỳt; bỡnh 4 lắc 120 phỳt; bỡnh 5 lắc 150 phỳt; bỡnh 6 lắc 180 phỳt và bỡnh 7 lắc 240 phỳt. Sau khi lắc xong, để lắng
dung dịch trong 5 đến 10 phỳt. Tiếp tục đem gạn và lọc lấy phần dung dịch trong suốt bằng giấy lọc băng xanh. Bổ sung thờm nền axit HNO3 0,5% và chất cải biến nền Pd(NO3)2 50ppm.
Tiến hành kiểm tra nồng độ As cũn lại trong dung dịch bằng cỏch đo trờn mỏy GF - AAS (AA - 6800). Kết quả nghiờn cứu ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As của VLHP đƣợc chỉ ra trong bảng 3.15
Bảng 3.15: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ As của VLHP
Thời gian
(phỳt) 0 30 60 90 120 150 180 240
C0 (ppm) 25 25 25 25 25 25 25 25
Ce (ppm) 25 20,1 15,2 9,95 6,30 5,75 5,60 5,50
qe (mg/g) 0,00 0,98 1,97 3,01 3,74 3,85 3,88 3,90
Từ bảng số liệu ở bảng 3.15, ta dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của thời gian đến dung lƣợng hấp phụ As của vật liệu. Kết quả chỉ ra ở hỡnh 3.11
0 50 100 150 200 250 0 1 2 3 4 5 6 7 q (mg/g) Thời gian (phút)
Hỡnh 3.11: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng
của thời gian đến dung lượng hấp phụ As của VLHP
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.15 và đồ thị hỡnh 3.11 cho thấy, thời gian đạt cõn bằng hấp phụ của As lờn VLHP là 120 phỳt.
3.3.1.3. Khảo sỏt ảnh hưởng của nồng độ Asen ban đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Để xỏc định ảnh hƣởng nồng độ ban đầu của As đến khả năng hấp phụ của vật liệu, chỳng tụi tiến hành nhƣ sau:
Lấy 9 tam giỏc dung tớch 250ml cho vào mỗi bỡnh 100ml dung dịch As với nồng độ thay đổi từ 10ppm đến 200ppm. Điều chỉnh giỏ trị pH = 5 bằng cỏc dung dịch HNO3 0,1M và NaOH 0,1M.
Lấy 0,5gam (VLHP) cho vào mỗi bỡnh trờn, đậy nắp cỏc bỡnh lại sau đú lắc cỏc bỡnh trờn mỏy lắc với tốc độ 150 vũng/phỳt trong thời gian 120 phỳt. Sau khi lắc xong để lắng dung dịch trong 5 đến 10 phỳt. Tiếp tục đem gạn và lọc lấy phần dung dịch trong suốt bằng giấy lọc băng xanh. Bổ sung thờm nền axit HNO3 0,5% và chất cải biến nền Pd(NO3)2 50ppm. Tiến hành kiểm tra nồng độ As cũn lại trong dung dịch bằng cỏch đo trờn mỏy GF - AAS (AA - 6800). Khi đo cần làm pha loóng sao cho nồng độ As cũn lại nằm trong khoảng tuyến tớnh của đƣờng chuẩn xỏc định As. Kết quả nghiờn cứu ảnh hƣởng nồng độ ban đầu của As đến dung lƣợng hấp phụ đƣợc chỉ ra trong 3.16
Bảng 3.16: Ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến khả năng hấp phụ
C0 (ppm) 10 20 40 60 80 100 120 150 200
Ce (ppm) 1,90 4,30 11,0 20,8 33,9 49,5 66,6 95,6 145
Từ bảng số liệu bảng 3.16, ta dựng đồ thị biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ As ban đầu đến dung lƣợng hấp phụ As của vật liệu. Kết quả chỉ ra ở hỡnh 3.12
0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 10 12 C 0 (ppm) q e (mg/g) Hỡnh 3.12: Đồ thị biểu diễn
ảnh hưởng nồng độ As ban đầu đến khả năng hấp phụ
Kết quả chỉ ra ở bảng 3.16 và hỡnh 3.12 cho thấy, khả năng hấp phụ As lờn vật liệu tăng theo nồng độ ban đầu của As. Nhƣng nồng độ ban đầu của As tăng đến một giỏ trị nhất định thỡ dung lƣợng hấp phụ tăng lờn khụng đỏng kể.
Qua khảo sỏt, chỳng tụi thấy khi nồng độ đầu của As tăng đến 120ppm thỡ dung lƣợng hấp phụ As lờn vật liệu cú tăng nhƣng khụng đỏng kể.
3.3.1.4. Xỏc định mụ hỡnh của quỏ trỡnh hấp phụ
Sự hấp phụ cỏc ion kim loại trờn VLHP cú thể là đơn lớp hoặc đa lớp. Nếu mụ hỡnh hấp phụ tuõn theo quy luật Langmuir thỡ sự hấp phụ là đơn lớp. Ngƣợc lại sự hấp thụ là đa lớp nếu mụ hỡnh hấp phụ tuõn theo quy luật Fruendlich.[4, 17].
Để khảo sỏt xem quỏ trỡnh hấp phụ trờn cú phự hợp với mụ hỡnh hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir hay khụng, chỳng tụi tiến hành xõy dựng đƣờng phụ thuộc
giữa Ce/qe với Ce từ đú, thiết lập phƣơng trỡnh tuyến tớnh Langmuir với kim loại As và tớnh đƣợc hằng số hấp phụ K, dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax.
Phƣơng trỡnh tuyến tớnh Langmuir cú dạng:
e e e max max C 1 C = + q K.q q Trong đú: K: Hằng số hấp phụ Langmuir
Ce: Nồng độ của chất bị hấp phụ tại thời điểm cõn bằng (mg/l)
qe: Dung lƣợng hấp phụ (mg/g)
qmax: Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g) Nếu đặt: max 1 a = q ; và max 1 b = Kq thỡ phƣơng trỡnh trờn cú dạng y = ax + b Từ thực nghiệm cú thể tớnh đƣợc hằng số K và dung lƣợng hấp phụ cực đại qmax nhƣ sau: Dựng đƣờng thẳng biểu diễn quan hệ giữa hai đại lƣợng Ce/qe và Ce ta đƣợc đƣờng thẳng cắt trục tung tại O’. Khi đú khoảng cỏch OO’ chớnh là giỏ trị
max 1 b = Kq và max 1 a = tg α = q (với α là gúc hợp bởi đƣờng y = ax + b và trục hoành). Nhƣ vậy ta sẽ tỡm đƣợc hai giỏ trị a và b, từ đú tớnh đƣợc cỏc hằng số thực nghiệm K và qmax. Thụng qua bảng số liệu mụ tả sự phụ thuộc dung lƣợng hấp phụ của As vào nồng độ ban đầu của As, ta cú bảng số liệu biểu diễn Ce và Ce/qe, kết quả chỉ ra ở bảng 3.17:
Bảng 3.17: Bảng số liệu biểu diễn Ce và Ce/qe
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ce/qe 1,17 1,37 1,90 2,65 3,68 4,89 6,23 8,79 13,3
Từ bảng số liệu chỉ ra ở bảng 3.17, chỳng tụi xõy dựng đƣờng phụ thuộc giữa Ce/qe với nồng độ As cũn lại (Ce). 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 2 4 6 8 10 12 14 y = 0.08364x + 0.89932 R2= 0.99433 Ce (ppm) C e/q e Hỡnh 3.13: Đường hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir đối với vật liệu hấp phụ M2
Từ đồ thị hỡnh 3.13, ta cú dung lƣợng hấp phụ cực đại của vật liệu với As là:
max
1 1
q = = =12,0(mg/g)
a 0,08
Qua đồ thị hỡnh 3.13 cho thấy, mụ hỡnh hấp phụ As lờn vật liệu hấp phụ phự hợp với phƣơng trỡnh tuyến tớnh Langmuir với độ tin cậy cao (Hệ số tƣơng quan trong phƣơng trỡnh hồi qui đạt hơn 0,99). Tớnh toỏn lý thuyết theo phƣơng trỡnh Langmuir cho thấy, dung lƣợng hấp phụ cực đại trờn vật liệu hấp phụ M2 là 12,0 mg/g. Qua cỏc kết quả trỡnh bày ở trờn cho thấy, dung lƣợng hấp phụ As của vật liệu hấp phụ M2 ở điều kiện tĩnh là khỏ lớn, vỡ vậy chỳng tụi tiếp tục định hƣớng nghiờn cứu để ứng dụng vật liệu này vào quỏ trỡnh phõn tớch và xử lý nƣớc nhiễm Asen trong thực tế.