CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ Rhodamine B trên vật liệu đá ong và đá ong
3.4.1. Ảnh hưởng của pH
Môi trường pH của dung dịch là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ bởi nó có thể ảnh hưởng đến điện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ và dạng tồn tại của thuốc nhuộm. Do đó, khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ trên các vật liệu là rất cần thiết.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH được thực hiện trên 0,1 g vật liệu đá ong tự nhiên (M0) và đá ong biến tính với SDS (M1) với dung dịch RhB 10-5 M trong nồng độ NaCl 0,1 mM, pH thay đổi trong khoảng từ 3 đến10, thời gian lắc 120 phút. Nồng độ còn lại của RhB được xác định bằng phương pháp UV-Vis. Thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình của hiệu suất xử lý H TB (%). Kết quả đƣợc trình bày trong Bảng 3.5 và Hình 3.14.
Bảng 3.5. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý RhB trên hai vật liệu M0 và M1
pH Ci (M)
M0 M1 H1/H0
Ce (M) H TB (%) SD Ce (M) HTB (%) SD
3 10-5 6,36.10-6 36,4 0,20 1,31.10-7 98,8 1,86 2,71 4 10-5 7,42.10-6 25,8 0,96 5,15.10-7 94,9 0,00 3,68 5 10-5 8,03.10-6 19,7 2,10 7,27.10-7 92,7 0,72 4,70 6 10-5 8,17.10-6 18,3 2,57 1,02.10-6 89,8 0,39 4,90 7 10-5 8,23.10-6 17,7 2,49 1,40.10-6 86,0 4,97 4,86 8 10-5 8,28.10-6 17,2 1,50 2,23.10-6 77,7 0,34 4,53 9 10-5 8,20.10-6 18,0 2,04 2,77.10-6 72,3 6,99 4,01 10 10-5 8,23.10-6 17,7 1,50 4,30.10-6 57,0 2,77 3,23
Hình 3.14. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của pH đến hiệu suất xử lý RhB trên vật liệu M0 và M1
Kết quả ở bảng 3.5 và hình 3.14 cho thấy hiệu suất xử lý RhB khi sử dụng vật liệu M0 giảm khi pH tăng. Đối với vật liệu M0, hiệu suất hấp phụ đạt cực đại tại pH
= 3 (36,4 %) và giảm xuống còn 17,7 % tại pH = 10. Kết quả cũng cho thấy hiệu 0
20 40 60 80 100
3 4 5 6 7 8 9 10
M1 M0
pH pH
H (%)
suất xử lý RhB khi sử dụng vật liệu M1 có cùng xu hướng với kết quả ở vật liệu M0. Tại pH = 3, RhB đƣợc hấp phụ gần nhƣ hoàn toàn trên bề mặt vật liệu (98,7 %) sau đó hiệu suất giảm dần từ pH = 3 đến 10 và thấp nhất tại pH = 10 (57,0%). Tuy nhiên, đối với vật liệu M1, xu hướng này có thể được giải thích là do khi tăng pH sự giải hấp SDS khỏi bề mặt vật liệu M1 cũng tăng dần và khi sự giải hấp xảy ra, điện tích bề mặt của vật liệu M1 ít âm hơn, dẫn đến hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm mang điện dương RhB trên bề mặt giảm dần [47]. Kết quả ở bảng 3.5 và hình 3.14 cũng cho thế với cùng một nồng độ RhB ban đầu, hiệu suất xử lý RhB khi sử dụng vật liệu M1 cao gấp khoảng từ 3-5 lần so với vật liệu M0.
Ở pH = 3 hiệu suất hấp phụ RhB trên hai vật liệu là lớn nhất. Tuy nhiên, tại pH = 3 môi trường quá axit dẫn đến vật liệu dễ bị hòa tan. Ngoài ra, ở pH nhỏ hơn 4, dạng tồn tại của RhB bị thay đổi (pKa =3,1) [32]. Tại pH = 4 hiệu suất hấp phụ ở cả hai vật liệu đều tương đối cao, độ lặp lại tốt nhất nên nghiên cứu chọn pH = 4 là pH tối ƣu cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.4.2. Ảnh hưởng của nồng độ muối
Nồng độ muối trong dung dịch có hưởng đến các lực tương tác tĩnh điện giữa các chất hấp phụ mang điện là đá ong tự nhiên (M0) và đá ong biến tính với SDS (M1) và chất bị hấp phụ RhB. Ngoài ra. Lực ion cũng có ảnh hưởng tới khả năng giải hấp của SDS khỏi bề mặt của vật liệu đá ong biến tính M1. Do vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của lực ion đế hiệu suất hấp phụ là cần thiết.
Trong nghiên cứu này, nồng độ muối NaCl thay đổi từ 0 đến 200 mM, thời gian lắc 120 phút, pH = 4, lƣợng vật liệu 0,1 g, nồng độ ban đầu của RhB 10-5 M.
Thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình H TB (%). Kết quả khảo sát đƣợc chỉ ra trong bảng 3.6 và hình 3.15
Bảng 3.6. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu suất xử lý RhB trên hai vật liệu M0 và M1
C NaCl (mM)
Ci (M) M0 M1 HM1/
HM0 Ce (M) H TB
(%)
SD Ce (M) H TB (%)
SD
0 10-5 6,61.10-6 33,9 0,54 8,28.10-7 91,7 4,20 2,70 0,1 10-5 6,73.10-6 32,7 0,11 8,36.10-7 91,6 4,93 2,81 1 10-5 7,03.10-6 29,7 0,68 1,03.10-6 89,7 3,34 3,02 10 10-5 7,45.10-6 25,5 4,97 1,33.10-6 86,8 4,03 3,40 50 10-5 7,36.10-6 26,4 0,25 1,42.10-6 85,8 4,22 3,25 100 10-5 7,67.10-6 23,3 2,19 2,24.10-6 77,6 3,97 3,33 200 10-5 7,43.10-6 25,7 3,48 2,89.10-6 71,1 1,44 2,76
Hình 3.15. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của nồng độ muối lên hiệu suất xử lý RhB trên hai vật liệu M0 và M1
Kết quả ở bảng 3.6 và hình 3.15 cho thấy hiệu suất hấp phụ RhB ở hai vật liệu M0 và M1 có xu hướng khá tương đồng, hiệu suất xử lý giảm khi nồng độ muối
0 20 40 60 80 100
0 0.1 1 10 50 100 200
M1 M0
H (%)
C NaCl (mM)
tăng từ 0 đến 200 mM. Đối với vật liệu M1, hiệu suất xử lý khi không có mặt NaCl và khi nồng độ NaCl 0,1 mM là gần tương đương nhau, hiệu suất đạt được lần lượt là 91,7 và 91,6 %. Sau đó hiệu suất giảm dần và đạt thấp nhất (71,1%) khi nồng độ NaCl trong dung dịch là 200 mM. Kết quả cũng chỉ ra rằng, hiệu suất xử lý RhB trên vật liệu M0 luôn thấp hơn vật liệu M1 khoảng từ 3-4 lần.
Tại nồng độ NaCl 0,1 mM, hiệu suất xử lý RhB sử dụng vật liệu M1 là lớn nhất, do đó NaCl 0,1 mM là nồng độ muối tối ƣu đƣợc lựa chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo. Để chứng minh ảnh hưởng của lực ion đến cơ chế hấp phụ chi tiết hơn, thí nghiệm hấp phụ đẳng nhiệt đƣợc thực hiện và trình bày trong mục 3.5.
3.4.3. Ảnh hưởng của lượng vật liệu
Lượng vật liệu hấp phụ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý và dung lượng hấp phụ vì nó ảnh hưởng tới tổng diện tích bề mặt riêng và tỉ trọng điện tích bề mặt của chất hấp phụ.
Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu được thực hiện với các điều kiện là lƣợng vật liệu thay đổi từ 0,01 g đến 1g, pH 4, thời gian lắc 120 phút, và nồng độ NaCl 0,1 mM. Các thí nghiệm đƣợc thực hiện 3 lần để lấy giá trị trung bình H TB (%).
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu suất xử lý và dung lƣợng hấp phụ RhB khi sử dụng hai vật liệu M0 và M1 đƣợc trình bày ở bảng 3.7, bảng 3.8 và hình 3.16.
Bảng 3.7. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến hiệu suất xử lý RhB trên hai vật liệu M0 và M1
Lƣợng vật liệu
m (g)
Ci (M) M0 M1
Ce (M) H TB (%)
SD Ce (M) H(%) SD
0,01 10-5 8,86.10-6 11,4 0,38 7,46.10-6 25,4 1,77 0,05 10-5 7,50,10-6 25,0 6,23 3,50,10-6 64,9 4,38 0,1 10-5 6,51.10-6 34,9 6,84 5,63.10-7 94,4 2,74 0,25 10-5 5,51.10-6 44,9 6,52 1,31.10-7 98,7 0,52 0,5 10-5 4,60,10-6 53,9 3,05 5,57.10-8 99,4 0,43 0,75 10-5 3,71.10-6 62,9 0,76 5,27.10-8 99,5 0,22 1 10-5 3,24.10-6 67,6 0,06 6,37.10-8 99,4 0,52
Bảng 3. 8. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ RhB trên vật liệu M0 và M1
Lƣợng vật liệu
m (g)
Ci (M)
M0 M1 ΓM1/
ΓM0
Ce
Γ
(mg/g) SD Ce
Γ
(mg/g) SD
0,01 10-5 8,86.10-6 0,37 0,02 7,46.10-6 1,22 0,08 3,30 0,05 10-5 7,50,10-6 0,18 0,06 3,50,10-6 0,64 0,04 3,57 0,1 10-5 6,51.10-6 0,12 0,03 5,63.10-7 0,44 0,01 3,63 0,25 10-5 5,51.10-6 0,0600 0,01 1,31.10-7 0,19 0,00 3,08 0,5 10-5 4,60,10-6 0,0400 0,00 5,57.10-8 0,10 0,00 2,69 0,75 10-5 3,71.10-6 0,0300 0,00 5,27.10-8 0,0600 0,00 2,36 1 10-5 3,24.10-6 0,0200 0,00 6,37.10-8 0,0500 0,00 2,21
Hình 3.16. Biểu đồ thể hiện sự ảnh hưởng của lượng vật liệu lên hiệu suất xử lý RhB trên hai vật liệu M0 và M1
Hình 3.16, bảng 3.7, và bảng 3.8 cho thấy hiệu suất xử lý RhB sử dụng vật liệu M0 tăng từ 11,4% lên 67,6% với lƣợng vật liệu tăng từ 0,01 đến 1 g nhƣng dung lƣợng hấp phụ giảm nhiều. Điều này có thể là do sự keo tụ dẫn đến hiện tƣợng sa lắng của các hạt đá ong tự nhiên khi tăng khối lƣợng của vật liệu [38, 43]. Đối với vật liệu M1, hiệu suất xử lý tăng lên lên khi tăng lƣợng vật liệu và đạt đến mức tối đa (100%) khi lƣợng vật liệu M1 là 1 g. Tuy nhiên, khi lƣợng vật liệu M1 lớn hơn 0,1 g, hiệu suất xử lý RhB là thay đổi không đáng kể (~ 95%). Kết quả cũng cho thấy rằng, dung lƣợng hấp phụ của RhB sử dụng vật liệu M1 lớn hơn khi sử dụng vật liệu M0 khoảng từ 2-4 lần. Khi tăng lƣợng vật liệu M1 dẫn đến giảm dung lƣợng hấp phụ (Bảng 3.8) do sự keo tụ của các hạt đá ong biến tính ở lƣợng vật liệu cao [41]. Do đó, lƣợng vật liệu M1 phù hợp là 0,1 g đƣợc chọn cho thí nghiệm tiếp theo. Vì vật liệu biến tính với SDS M1 có khả năng xử lý cao hơn nhiều so với vật liệu M0 nên các thí nghiệm tiếp theo chỉ nghiên cứu trên vật liệu M1.
3.4.4. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
Thời gian hấp phụ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến cân bằng của quá trình hấp phụ. Khảo sát thời gian hấp phụ đƣợc thực hiện trên vật liệu M1 với các điều kiện là thời gian hấp phụ khảo sát từ 5 đến 240 phút, pH = 4, lƣợng vật liệu 0,1
0 20 40 60 80 100
0.01 0.05 0.1 0.25 0.5 0.75 1
M1 M0
H (%)
Lƣợng vật liệu hấp phụ (g)
g, nồng độ muối NaCl 0,1 mM. Thí nghiệm đƣợc lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình H TB (%). Kết quả đƣợc trình bày trong bảng 3.9 và hình 3.17.
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ lên hiệu suất xử lý RhB trên vật liệu M1
Thời gian hấp phụ
(phút) Ci (M) Ce (M) H TB (%) SD
5 10-5 1,15.10-6 88,5 3,79
10 10-5 6,25.10-7 93,8 0,99
30 10-5 4,07.10-7 95,9 0,81
60 10-5 1,42.10-7 98,6 1,08
90 10-5 1,29.10-7 98,7 1,12
120 10-5 1,23.10-7 98,8 1,08
150 10-5 1,35.10-7 98,7 1,27
180 10-5 1,29.10-7 98,7 1,67
210 10-5 1,05.10-7 98,9 0,99
240 10-5 7,63.10-8 99,2 0,66
Hình 3.17. Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của thời gian hấp phụ lên hiệu suất xử lý RhB trên vật liệu M1
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ tới hiệu suất xử lý RhB trên vật liệu M1 (Hình 3.17) cho thấy khi tăng thời gian hấp phụ hiệu suất xử lý cũng tăng lên. Vật liệu M1 cho khả năng xử lý RhB rất nhanh. Khi thời gian hấp phụ chỉ là 5 phút, hiệu suất xử lý đã đạt 88,5 %, sau đó tăng lên 98,6 % tại 60 phút.
0 20 40 60 80 100
5 10 30 60 90 120 150 180 210 240
H (%)
Thời gian hấp phụ (phút)
Từ sau 60 phút, khi thời gian tăng lên, hiệu suất xử lý thay đổi không đáng kể do quá trình hấp phụ đã đạt tới cân bằng.
Nhƣ vậy, thời gian cân bằng hấp phụ RhB trên vật liệu M1 là 60 phút.