2.3.1. Quy trình thí nghiệm hấp phụ
Sau khi tổng hợp vật liệu chúng tôi tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố pH, thời gian, nồng độ đầu của vật liệu đến khả năng hấp phụ asen (III) và asen (V). Qui trình thí nghiệm như sau: cân 1 g vật liệu chitosan/Fe3O4 vào bình nón 250 ml thêm 200 ml dung dịch asen (III) và asen (V), đem lắc với tốc độ 100 vòng/phút trong cùng điều kiện trong khoảng thời gian khác nhau từ 0 – 6 giờ, lọc lấy dung dịch đem xác định lại nồng độ. pH ban đầu bằng 7,12, không điều chỉnh. Lấy 10ml mẫu tại các thời điểm: 0; 15; 30; 60; 90; 120; 180; 240; 360 phút.
50 gam Chitosan + 1 lít CH3COOH 3%
+ 25 gram Fe3O4
Khuấy 4giờ Dung dịch
chitosan/Fe3O4
Nhỏ giọt vào
dd NaOH 2M Lọc rửa đến pH=7-8 Hạt
chitosan/Fe3O4
trung tính
Ngâm trong dd
Glutaraldehyt 5% trong 24 giờ; rửa bằng nước cất
Chitosan/Fe3O4
có LK ngang Sấy khô tại 45oC đến khi khối lượng gần như không đổi Hạt chitosan từ tính
Sau khi khảo sát sát thời gian cân bằng hấp phụ, tải trọng hấp phụ của vật liệu với asen (III) và asen (V), tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen (III) và asen (V) .Thí nghiệm tiến hành như sau:
Chuẩn bị 12 bình tam giác, mỗi bình chứa 200 ml dung dịch asen như sau:
+) Nồng độ Asen (III): 500 àg/l (6 bỡnh) +) Nồng độ Asen (V): 500 àg/l (6 bỡnh)
Cân 1,0 g vật liệu cho vào bình nón 250 ml thêm vào 200ml dung dịch As (III) và As (V) 500 àg/l , điều chỉnh pH của dung dịch bằng HCl 0,1M hoặc NaOH 0,1M khoảng từ 2 - 10. Đem lắc với tốc độ 100 v/ph trong 2 giờ. Một bình còn lại giữ nguyên pH, đo và ghi lại giá trị pH của dung dịch. Lấy 10ml mẫu đem phân tích xác định hàm lượng asen còn lại.
Làm qui trình tương tự để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng pH, thời gian, nồng độ khác nhau của metyl xanh đến vật liệu. Cân 1,0 g vật liệu vào bình nón250 ml, thêm 100 ml dung dịch metyl xanh có nồng độ khác nhau: 0 (nước cất); 100; 200;
400; 600; 800; 1000 mg/l, đem lắc với tốc độ 100 vòng/phút trong cùng điều kiện trong khoảng thời gian khác nhau từ 0 – 6 giờ, xác định nồng độ metyl xanh còn lại và tính toán lượng metyl xanh đã bị hấp phụ lên vật liệu. Từ những kết quả thu được tôi xác định được khoảng pH tối ưu, thời gian cân bằng hấp phụ, tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với metyl xanh.
2.3.2. Các phương pháp phân tích Chúng tôi đã sử dụng phương pháp phân tích sau:
- Đo đường cong từ trễ đánh giá độ từ tính của vật liệu.
- Phương pháp trắc quang để xác định nồng độ phẩm màu metyl xanh.
- Xác định nồng độ asen bằng thiết bị quang phổ phát xạ nguyên tử (ICP), model = ICAP 6500 (thermo).
- Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với asen (III), asen (V) và phẩm màu metyl xanh theo phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundrich.
2.3.3. Các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 2.3.3.1 Phương trình Langmuir
Mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơn phân tử trên bề mặt vật rắn. Phương trình Langmuir được thiết lập với các giả thiết sau:
- Các phần tử được hấp phụ đơn lớp phân tử trên bề mặt chất hấp phụ (tiểuphân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại mỗi trung tâm xác định).
- Sự hấp phụ là chọn lọc (mỗi trung tâm chỉ hấp phụ một tiểu phân).
- Giữa các phần tử chất hấp phụ không có tương tác qua lại với nhau.
- Bề mặt chất hấp phụ đồng nhất về mặt năng lượng, tức sự hấp phụ xảy ra trên bất kì chỗ nào thì nhiệt hấp phụ vẫn là một giá trị không đổi. Hay trên bề mặt chất hấp phụ không có những trung tâm hoạt động.
Phương trình đẳng nhiệt Langmuir:
q= Cm(bCi/ (1+bCi)) Trong đó:
q : tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) Cm : tải trọng hấp phụ cực đại (mg/g)
b : hằng số, chỉ ái lực của vị trí liên kết trên bề mặt chất hấp Khi b.Ci<< 1 thì q = Cm.b.Ci mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.
Khi b.Ci >> 1 thì q = Cm mô tả vùng hấp phụ bão hòa.
Khi nồng độ chất hấp phụ nằm giữa 2 giới hạn trên thì đường đẳng nhiệt biểu diễn là một đường cong.
Để xác định các hằng số trong quá trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir, ta có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách đưa phương trình về phương trình đường thẳng:
Ci/q = 1/bCm + Ci/Cm
Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của Ci/q vào Ci sẽ xác định các hằng số trong phương trình Langmuir.
Hình 2.3: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Hình 2.4: Sự phụ thuộc của C1/q vào C1
2.3.3.2 Phương trình Freundlich
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundrich là phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý. Các giả thiết của phương trình như sau:
- Do tương tác đẩy giữa các phần tử, phần tử hấp phụ sau bị đẩy bởi phần tử hấp phụ trước, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ che phủ bề mặt.
- Do bề mặt không đồng nhất, các phần tử hấp phụ trước chiếm các trung tâm hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn lại các trung tâm hấp phụ có nhiệt hấp phụ thấp hơn. Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ:
q = k.Cf 1/n
Trong đó:
q : tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g)
k : dung lượng hấp phụ (ái lực chất hấp phụ đối với bề mặt chất hấp phụ).
Hằng số này phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.
Cf: nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ (mg/l)
n : cường độ hấp phụ, hằng số này phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn >1.
Phương trình Freundrich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban đầu và vùng giữa của vùng hấp phụ đẳng nhiệt.
tgα q(mg/g)
0 Ci
Cm
0 Ci
Ci/q
Để xác định các hằng số, ta đưa phương trình trên về dạng đường thẳng:
lg q = lg k + 1/n lg Cf
Hình 2.5: Đường đẳng nhiệt Freundlich Hình 2.6: Sự phụ thuộc lgq vào lgCf q(mg/g)
Cf 0
tgα
0 lgCf
lg q