2.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.2.1. Phân tích nhiễu xạ tia X ( XRAY)
Các mẫu đo nhiễu xạ tia X được tiến hành trên máy Siemens D5000 (Đức), ống phát tia Cu với bước sóng Kα = 1,54040 Ao, góc quét 2θ thay đổi từ 1- 30o. Máy được đặt tại phòng X-Ray, khoa Hóa học, Đại học Khoa học Tự Nhiên.
2.2.2.2. Phương pháp phân tích Florua (SPADNS)
Có nhiều phương pháp xác định Florua trong nước, do điều kiện về dụng cụ thí nghiệm và hóa chất nên chúng tôi chọn phương pháp trắc quang, phương pháp này cho kết quả chính xác cao và tương đối nhanh.
Nguyên tắc: là phương pháp so màu dựa trên phản ứng giữa florua và màu đỏ tía Zirconium. Florua phản ứng với màu đỏ tía, tách ra một phần tạo thành phức không màu (ZrF62-) và một phần màu.Vì lượng Florua tăng, nên màu sẽ nhạt dần.
Quy trình phân tích
+ Giới hạn nồng độ : 0,1-1,4mg/l.
+ Tiến hành: Dùng pipet hút chính xác 10ml dung dịch mẫu phân tích vào cốc nhựa khô, thêm 5ml dung dịch hỗn hợp phản ứng axit zirconyl- SPADNS, lắc đều rồi đo quang ở bước sóng 570nm [15].
Xây dựng đường chuẩn:
Lấy 8 lọ PE, cho vào mỗi lọ lần lượt các thể tích sau: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 ml dung dịch chuẩn Florua (F-) 5mg/l. Thêm vào mỗi lọ 5ml thuốc thử SPADNS, định mức lên 25ml bằng nước cất và đem đo mật độ quang ở bước sóng 570nm với dung dịch so sánh là nước cất, ta có bảng kết quả sau:
Bảng 2.1: Dữ liệu xây dựng đường chuẩn F-
STT Nồng độ (mg/l) abs hiệu dụng
1 0 0
2 0,2 0,013
3 0,4 0,026
4 0,6 0,044
5 0,8 0,061
6 1 0,08
7 1,2 0,096
8 1,4 0,111
Hình 2.1: Đồ thị đường chuẩn phân tích Florua
Đường chuẩn xác định Florua: y=0,081x - 0,003
Từ đồ thị đường chuẩn ta thẩy rằng trong khoảng nồng độ từ 0,1-1,4 mg/l thì mật độ quang phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ F- tuân theo định luật Lamber- Beer. Vì vậy khi xác định F- trong mẫu ta cần đưa về khoảng nồng độ này.
Lượng Florua được hấp phụ bởi Pyrolusit được xác định từ sự chênh lệch nồng độ trước và sau khi hấp phụ. Tải trọng hấp phụ được tính theo công thức sau:
q =
Trong đó q: là tải trọng hấp phụ của Pyrolusit C0: nồng độ Florua ban đầu
C: Nồng độ Florua sau khi hấp phụ
m : Khối lượng Pyrolusit dung để hấp phụ V: thể tích dung dịch hấp phụ
2.2.2.3. Nghiên cứu biến tính vật liệu
a. Xác định thành phần quặng khoáng Pyrolusit
- Xử lý vật liệu: Pyrolusit được nghiền nhỏ, rây qua rây 0,5 mm, sau đó được rửa sạch bằng nước máy, tráng nước cất, sấy khô ở 100oC, để nguội. Ta thu được Pyrolusit nguyên khai.
- Phá mẫu: Cân khoảng 2g pyrolusit, tia nước cất cho ẩm, thêm 20ml nước cường thủy (3HNO3:1HCl), ngâm qua đêm, đun ở 800C- 1000Ctrong 3 giờ. Dịch sau khi phá mẫu được định mức lên 50ml, lọc và đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
b. Hoạt hóa Pyrolusit bằng axit
+ Cân 50gam vật liệu pyrolusit nguyên khai, thêm vào 100ml dung dịch HCl (v/v:
1/1), ngâm hỗn hợp này qua đêm.
+ Trung hòa hỗn hợp trên bằng dung dịch NaOH 1M có thêm 5% H2O2.
+ Ngâm vật liệu sau khi trung hòa bằng dung dịch trung hòa ở trên trong 6 giờ sau đó sấy khô ở 100oC.
+ Rửa vật liệu bằng nước lọc RO để loại ion Cl-. Kiểm tra ion Cl- dư bằng cách sử dụng dung dịch AgNO3 0,2M, đến khi mẫu không còn kết tủa trắng. Sau đó sấy khô vật liệu (Pyrolusit biến tính bằng HCl).
c. Nghiên cứu tẩm Mg(II) lên Pyrolusit
- Cân pyrolusit và lấy thể tích muối Mg(II) theo bảng dưới:
Bảng 2.3: Tỷ lệ khối lƣợng và thể tích muối Mg(II)
STT KHM Mẫu % chất
tẩm
Khối lượng pyrolusit
(g)
khối lượng
muối tương ứng (g)
Thể tích muối
(ml)
1 PM1 PY1 + 1%Mg(II) 1 5 0,05 5
2 PM5 PY1 + 5% Mg(II) 5 5 0,25 25
3 PM10 PY1 + 10% Mg(II) 10 5 0,5 50
- Ngâm các hỗn hợp trên trong HCl (v/v:1/1) qua đêm, sau đó trung hòa bằng dung dịch NaOH 0,5M đến khi pH =7. Ngâm vật liệu trong dung dịch vừa trung hòa được qua đêm, sau đó lấy vật liệu sấy khô.
- Rửa vật liệu bằng nước lọc để loại Cl-. Kiểm tra Cl- trong mẫu bằng dung dịch AgNO3 0,1 M, đến khi mẫu không còn kết tủa trắng.
d. Nghiên cứu tẩm Al(III) lên Pyrolusit
- Cân pyrolusit và lấy thể tích muối Al(III) theo bảng dưới:
Bảng 2.3: Tỷ lệ khối lƣợng và thể tích muối Al(III)
STT KHM Mẫu
% chất
tẩm
Khối lượng pyrolusit
(g)
khối lượng muối tương
ứng (g)
Thể tích muối
(ml)
1 PA1 PY1 + 1% Al(III) 1 5 0,05 5
2 PA5 PY1 + 5% Al(III) 5 5 0,25 25
3 PA10 PY1 + 10% Al(III) 10 5 0,5 50
e. Nghiên cứu tẩm Ce(IV)lên Pyrolusit
- Cân pyrolusit và lấy thể tích muối Ce (IV) theo bảng dưới:
Bảng 2.4: Tỷ lệ khối lƣợng và thể tích muối Ce(IV)
STT KHM Mẫu %
chất tẩm
Khối lượng pyrolusit
(g)
khối lượng
muối tương ứng (g)
Thể tích muối
(ml)
1 PC1 PY1 + 1% Ce(IV) 1 5 0,05 5
2 PC5 PY1 + 5% Ce(IV) 5 5 0,25 25
3 PC10 PY1 + 10% Ce(IV) 10 5 0,5 50
- Ngâm các hỗn hợp trên trong HCl (1:1) qua đêm, sau đó trung hòa các mẫu bằng NaOH 0,5M+ 5% H2O2 35% đến khi pH =7. Ngâm vật liệu trong dung dịch vừa trung hòa được qua đêm, sau đó lấy vật liệu sấy khô.
- Rửa vật liệu bằng nước lọc để loại Cl-. Kiểm tra Cl- trong mẫu bằng dung dịch AgNO3 0,1 M, đến khi mẫu không còn kết tủa trắng.
2.2.2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ của vật liệu a. Khảo sát sơ bộ khả năng hấp phụ Florua
Cân 1g vật liệu pyrolusit, thêm 50ml dung dịch Florua (5mg/l), lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
b. Xác định thời gian cân bằng hấp phụ
- Thời gian cân bằng hấp phụ của Pyrolusit: Cân 1 g Pyrolusit, thêm 50ml dung dich F- (5mg/l), lắc ở tốc độ 270 vòng/phút. Xác định tải trọng hấp phụ tại các thời điểm 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8 (h).
c. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại
Tải trọng hấp phụ cực đại của Pyrolusit: Cân 1 g Pyrolusit , thêm 50ml dung dịch F – có nồng độ 2,5; 5; 10; 20; 40; 60; 80; 100mg/l, lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm
được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại tại thời điểm cân bằng 5h.
2.2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cạnh tranh tới quá trình hấp phụ
* Khảo sát ảnh hưởng của ion Cl- ( 0-800mg/l) tới quá trình hấp phụ
- Pha dung dịch Cl- nồng độ 1000 mg/l: cân 1,648g NaCl định mức lên 1 lít bằng nước cất.
- Cân 0,5 g vật liệu, thêm 50ml dung dịch F- (5mg/l) và Cl- ( 0; 50; 100; 200; 500;
800mg/l), lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
* Khảo sát ảnh hưởng của ion SO42- (0-800mg/l) tới quá trình hấp phụ
- Pha dung dịch SO42- nồng độ 1000mg/l: cân 1,479 g Na2SO4 định mức lên 1 lít bằng nước cất.
- Cân 0,5 g vật liệu, thêm 50ml dung dịch F- (5mg/l) và SO42- ( 0; 50; 100; 200;
500; 800mg/l), lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
* Khảo sát ảnh hưởng của ion NO3- (0-50mg/l) tới quá trình hấp phụ
- Pha dung dịch NO3- nồng độ 100mg/l: cân 0,1371 g NaNO3 và định mức lên 1 lít bằng nước cất.
- Cân 0,5 g vật liệu, thêm 50ml dung dịch F- (5mg/l) và NO3- ( 0; 2; 5; 10; 20;
50mg/l), lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
* Khảo sát ảnh hưởng của ion PO43-(0-5mg/l) tới quá trình hấp phụ
- Pha dung dịch PO43- nồng độ 100mg/l: cân 0,5291 g Na3PO4 định mức lên 1 lít bằng nước cất.
- Cân 0,5 g vật liệu, thêm 50ml dung dịch F- (5mg/l) và PO43- (0; 0,1; 0,5; 1; 2; 5 mg/l)), lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
2.1.2.6. Nghiên cứu quá trình hấp phụ động
- Chuẩn bị cột hấp phụ: Cột PE đã được rửa sạch và sấy khô được cố định trên giá bằng noa và kẹp. Cân 5,0 g Pyrolusit trên cân kỹ thuật. Dùng phễu và đổ chất hấp phụ vào cột từ phớa đầu cột. Khi than đổ hết, dựng que nhựa gừ nhẹ vào thõn cột vài lần cho chất hấp phụ xếp sắp khít lại và đồng đều. Cho khoảng 5 batch volume (5 lần thể tích chất hấp phụ trong cột) nước cất đi qua. Xong, khóa cột lại.
- Chuẩn bị dung dịch chất đem hấp phụ: Đong 500 mL dung dịch Florua 10 mg/L cho vào bình chứa.
Tiến hành thí nghiệm
- Nối cột hấp phụ với bình chứa chất bị hấp phụ và mở khóa bình cho dung dịch chảy vào cột. Mở khóa cột và bắt đầu hứng dung dịch chảy ra từ cuối cột. Tốc độ dòng chảy là 0,7 mL/cm2.phút. Cứ hứng được 25 mL thì lấy mẫu đi đo hấp thụ quang một lần. Khi nào nồng độ Florua đi ra từ cuối cột có nồng độ xấp xỉ bằng nồng độ đầu vào thì dừng thí nghiệm.
- Ghi số thể tích dung dịch thu được từ cuối cột tương ứng với các giá trị hấp thụ quang đo được trên máy.
2.1.2.7. Nghiên cứu khả năng giải hấp vật liệu
* Tính bền vật liệu
Cân 0,5g vật liệu pyrolusit đã hấp phụ Florua sau quá trình hấp phụ động, thêm 50ml nước cất. Lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS.
* Giải hấp bằng NaOH
Cân 0,5g vật liệu pyrolusit đã hấp phụ Florua sau quá trình hấp phụ động, thêm dung dịch NaOH với các nồng độ 0,01M; 0,05M; 0,1M; 0,5M; 1M. Lắc trong 5 giờ với tốc độ 270 vòng/phút, sau đó ly tâm ở tốc độ 5000 vòng/phút trong 5 phút. Dịch sau khi ly tâm được lọc và phân tích Florua theo phương pháp SPADNS
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN