3.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH
Quá trình hấp phụ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi pH của môi trường. Sự thay đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất bị hấp phụ, các nhóm chức bề mặt, thế oxy hóa khử, dạng tồn tại của hợp chất đó. Vì vậy, pH luôn là yếu tố đầu tiên và quan trọng ảnh hưởng tới tất cả các quá trình xử lý nước hiện nay. Việc xác định được khoảng pH nhất định cho một quá trình nào đó để đạt hiệu quả cao nhất là không thể thiếu được. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cr(VI) được chỉ ra ở bảng 3.5 và hình 3.8.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
Bảng 3.5: Ảnh hưởng của pH đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP
pH C o (mg/L) C cb (mg/L) q(mg/g) H(%)
1,02 100, 09 0,80 16,55 99,20
1,99 100, 09 23,78 12,72 76,24
3,02 100, 09 56,37 7,29 43,68
3,97 100, 09 63,92 6,03 36,15
5,98 100, 09 68,04 5,34 32,02
8,04 100, 09 69,45 5,11 30,61
q (mg/L)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 pH
Nhận xét:
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ của VLHP
Khi pH tăng từ 1,02 ÷ 8,04 thì dung lượng hấp phụ của VLHP đều giảm. Điều này có thể giải thích như sau:
- Trong khoảng pH đang xét bề mặt VLHP tích điện dương, khi giá trị pH tăng, nồng độ ion OH cũng tăng dần, trong dung dịch lúc này sẽ xảy ra sự hấp phụ cạnh
tranh giữa ion Cr(VI) mang điện tích âm và ion OH . Mặt khác giá trị năng lượng
7H 3e Cr 3 4H2O
4 4
4
4
tự do quá trình hấp phụ các dạng tồn tại của ion Cr(VI) ( HCrO , CrO2 ) tại giá trị pH khác nhau là khác nhau. Trong khoảng pH từ 1- 6, Cr(VI) tồn tại chủ yếu ở dạng
HCrO4 sau đó chuyển dần sang dạngCrO2 khi pH tăng. Vì vậy sự hấp phụ dạng HCrO4 thuận lợi hơn dạngCrO2 khi ở cùng nồng độ hay việc loại bỏ Cr(VI) tại các giá trị pH thấp chủ yếu là do sự hấp phụ củaHCrO4 [18].
- Trong môi trường pH thấp, bề mặt của VLHP bị proton hóa dẫn đến tích điện dương, trong khi dạng tồn tại Cr(VI) chủ yếu là các anion HCrO4 do đó xảy ra lực hấp dẫn tĩnh điện giữa bề mặt chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Sự hấp phụ ở môi
trường pH thấp còn được giải thích bởi cơ chế khử trực tiếp Cr (VI) thành Cr(III) theo phương trình [13]:
HCrO4 (3.1)
- Đồng thời tại các giá trị pH thấp, nhóm amin (NH) có trên bề mặt bã chè nhận H+ và mang điện tích dương (xảy ra theo phương trình 3.2), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ Cr(VI) của VLHP [22].
(3.2)
- Khi pH tăng, sự có mặt của ion OH- gây ra tương tác tĩnh điện đẩy giữa chúng với các ion Cromat và đicromat, làm cản trở quá trình hấp phụ các ion này lên bề mặt VLHP. Vì vậy, chúng tôi chọn pH=1,0 đối với sự hấp phụ Cr(VI) cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.5.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian
Hiệu quả sử dụng chất hấp phụ phụ thuộc vào tốc độ hấp phụ của chất tan từ pha lỏng vào pha rắn, được đánh giá qua hiệu suất hấp phụ khi tiến hành trong những khoảng thời gian khác nhau. Từ đó xác định được thời gian tiếp xúc giới hạn và thời gian tiếp xúc tối ưu.
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.6 và hình 3.9.
q (mg/L)
Bảng 3.6: Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ của VLHP
C O (mg/L) t(phút) q(mg/g) C cb (mg/L) H(%)
52,683
30 7,91 5,20 90,12
60 8,09 4,15 92,12
90 8,36 2,51 95,24
120 8,63 0,88 98,33
150 8,78 0,00 100,00
180 8,78 0,00 100,00
77,297
30 10,32 15,37 80,12
60 10,97 11,47 85,16
90 11,67 7,28 90,58
120 12,53 2,14 97,23
150 12,66 1,37 98,23
180 12,66 1,36 98,24
103,830
30 11,615 34,14 67,12
60 13,540 22,59 78,24
90 15,456 11,09 89,32
120 16,815 2,94 97,17
150 16,985 1,92 98,15
180 16,995 1,86 98,21
20 52,683 mg/L
77,297
15 mg/L
103,830
10 mg/L
5 0
0 50 100 150 200
t (Phút)
Hình 3.9 : Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ của VLHP
Khối lượng VLHP (g) Co(mg/L) Ccb(mg/)L q(mg/g) H(%)
0,1
51,682 1,33 12,59 97,43
77,980 6,71 17,82 91,40
105,303 16,69 22,15 84,15
0,2
51,682 1,16 6,32 97,76
77,980 4,21 9,22 94,61
105,303 9,85 11,93 90,65
0,3
51,682 0,62 4,26 98,80
77,980 2,59 6,28 96,68
105,303 5,52 8,32 94,76
0,4
51,682 0,09 3,22 99,82
77,980 1,02 4,81 98,69
105,303 1,99 6,46 98,11
0,5
51,682 0,04 2,58 99,93
77,980 0,95 3,85 98,79
105,303 1,86 5,17 98,24
Nhận xét:
Thời gian là một trong những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng loại bỏ ion kim loại trong dung dịch nước của VLHP. Trong khoảng thời gian khảo sát từ 30 180 phút thì dung lượng hấp phụ của VLHP ở cả 3 nồng độ trên đều tăng theo thời gian.
Trong đó, dung lượng hấp phụ tăng nhanh từ 30 120 phút, từ 120 180 phút, dung lượng hấp phụ tăng chậm và dần ổn định. Do đó, chúng tôi lựa chọn 120 phút là thời gian để nghiên cứu tiếp theo đối với sự hấp phụ ion Cr(VI) của VLHP.
3.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng VLHP Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.7 và hình 3.10.
Bảng 3.7: Ảnh hưởng của khối lượng VLHP đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ
H%
100 95
51,682 mg/L
90
77,980 mg/L 105,303 mg/L
85 80
0.0 0.2 0.4 0.6 m (g)
Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào Khối lượng VLHP
Nhận xét:
Từ kết quả trên cho thấy, khi tăng khối lượng VLHP thì hiệu suất hấp phụ tăng và dung lượng hấp phụ giảm. Hiệu suất hấp phụ tăng khi khối lượng VLHP tăng là do số lượng vị trí các trung tâm hấp phụ. Tuy nhiên khối lượng ion kim loại đã bị hấp phụ trên một đơn vị trọng lượng của VLHP giảm do sự tăng khối lượng của VLHP. Chúng tôi nhận thấy rằng khi khối lượng VLHP tăng từ 0,1 lên 0,5g, lúc đầu thì dung lượng hấp phụ giảm nhanh khi khối lượng VLHP tăng từ 0,1 lên 0,2g, sau đó giảm chậm hơn khi khối lượng VLHP tăng từ 0,3 lên 0,5g. Chính vì vậy, chúng tôi lựa chọn khối lượng vật liệu tối ưu là 0,15 cho thí nghiệm nghiên cứu.
3.5.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.8, hình 3.11.
Bảng 3.8: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ
Co(mg/L) T(K) Ccb(mg/L) q(mg/g) H(%)
102,7500
298 1,96 16,78 98,09
308 2,36 16,73 97,70
318 2,86 16,65 97,22
328 3,46 16,55 96,63
H(%)
100.0 99.5 99.0 98.5 98.0 97.5 97.0 96.5 96.0
95.5 298 308 318 328
T(K)
Ion kim loại
Kích thước hạt vật liệu d (mm)
0,03 0,2 0,2 0,6 0,6 0,8 Ccb
(mg/L) q
(mg/g) H(%) Ccb
(mg/L) q (mg/g)
H (%)
Ccb
(mg/L) q
(mg/g) H(%) Cr(VI)
C0=101,35 (mg/L) 1,343 16,67 98,82 3,38 16,33 96,66 6,14 15,87 93,94 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nhiệt độ
Nhận xét:
Từ bảng 3.8 và hình 3.11 ta thấy trong khoảng nhiệt độ nghiên cứu từ 250C – 550C (±10C) khi tăng nhiệt độ thì cả hiệu suất hấp phụ và dung lượng hấp phụ đều giảm. Điều này chứng tỏ sự hấp phụ Cr(VI) của VLHP là quá trình tỏa nhiệt. Vì vậy, khi tăng nhiệt độ, cân bằng hấp phụ chuyển dịch theo chiều nghịch tức làm tăng nồng độ chất bị hấp phụ trong dung dịch, dẫn đến làm giảm hiệu suất và dung lượng hấp phụ của quá trình hấp phụ. Điều này cũng cho thấy sự hấp phụ Cr(VI) trên VLHP là hấp phụ khuếch tán hay cơ chế hấp phụ là hấp phụ vật lý [6].
3.5.5. Khảo sát ảnh hưởng của kích thước vật liệu
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu đến khả năng hấp phụ Cr(VI) 3.9 dưới đây.
Bảng 3.9: Ảnh hưởng của kích thước vật liệu đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ
hấp phụ Cr(VI) của VLHP
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
Từ bảng 3.9 cho thấy, k
sự hấp phụ càng kém. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, chúng tôi chọn kích thước hạt vật liệu nhỏ hơn 0,2mm cho các thí nghiệm tiếp theo.
3.5.6. Khảo sát ảnh hưởng của ion lạ
3.5.6.1. Ảnh hưởng của các anion đến quá trình hấp phụ
4
4
4
4
% H ấp p h ụ C r( V I)
hấp phụ Cr(VI) của VLHP
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
Nghiên cứu ảnh hưởng của ion Cl , SO2 , NO3 đến sự hấp phụ ion Ni(II) của VLHP, chúng tôi thu được kết quả trong bảng 3.10 và hình 3.12.
Bảng 3.10. Ảnh hưởng của ion Cl , SO2 , NO3 tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP
C0 Ảnh hưởng của Cl Ảnh hưởng của SO2 Ảnh hưởng của NO3 (mg/L) C Cl C cb %H C SO2 4 C cb %H C NO3 C cb %H
0 3,96 96,23 0 3,96 96,23 0 3,96 96,23
500 10,35 90,16 500 4,53 95,69 500 18,17 82,73
105,25 2000 14,54 86,19 2000 4,63 95,60 2000 25,50 75,77 6000 17,76 83,12 6000 4,83 95,41 6000 35,65 66,13
100 80 60 40 20
0 0 2000 4000 6000 Nồng độ anion (mg/L)
%H(Cl-)
%H(SO42-)
%H(NO3-)
Hình 3.12. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cl , SO2 , NO3 tới hiệu suất
Nhận xét:
Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất hấp phụ thay đổi khi dung dịch Cr(VI) có
4 4
% Hấp phụ Cr(VI)
0
Cu
thêm các ion Cl , SO2 , NO3 . Ion SO2 hầu như ít ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ Cr(VI) lên VLHP. Sự có mặt của ion Cl làm giảm hiệu suất hấp phụ Cr(VI) lên VLHP. Khi nồng độ Cl tăng từ 500 đến 6000mg/L thì hiệu suất hấp phụ giảm từ 90,16% đến 83,12%, so với khi không có mặt Cl hiệu suất đạt được là 96.23%. Ion
NO3 ảnh hưởng đáng kể đến quá trình hấp phụ. Hiệu suất giảm từ 82,74% còn 66,13% khi nồng độ NO3 tăng từ 500 đến 6000 mg/L, so với khi không có NO3 là 96,23%. Điều này được giải thích là do bề mặt VLHP tích điện dương ở môi trường pH = 1,0 nên các anion này cũng bị hấp phụ trên bề mặt VLHP. Chính vì vậy xảy ra sự cạnh tranh giữa ion Cr(VI) với các anion.
3.5.6.2. Ảnh hưởng của các cation đến quá trình hấp phụ
Nghiên cứu ảnh hưởng của ion Cu2 , Na , K đến sự hấp phụ ion Ni(II) của VLHP, chúng tôi thu được kết quả trong bảng 3.11 và hình 3.13.
Bảng 3.11. Ảnh hưởng của ion Cu2 , Na , K tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP
C Ảnh hưởng của Cu2
Ảnh hưởng của Na Ảnh hưởng của K (mg/L) C 2 Ccb %H CNa Ccb %H CK Ccb %H
105,25 0 4.04 96.05 0 4.04 96.05 0 4.04 96.05 105,25 50 4.32 95.77 50 12.45 87.82 50 16.32 84.04 105,25 100 4.29 95.81 100 21.49 78.99 100 25.24 75.32 105,25 200 4.29 95.80 200 33.22 67.51 200 36.53 64.28
100 80 60 40 20 0
0 50 100 150 200 Nồng độ cation (mg/L)
%H(Cu2+)
%H(Na+)
%H(K+)
Hình 3.13. Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của ion Cu2 , Na , K tới hiệu suất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
Thực nghiệm cho thấy sự có mặt của ion Cu2 ở mọi nồng độ ít ảnh hưởng đến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
hiệu suất hấp phụ Cr(VI) của VLHP. Khi có mặt ion Na có trong dung dịch Cr(VI) với nồng độ 200mg/L, hiệu suất hấp phụ bị giảm 28,53% so với khi không có Na và khi có mặt ion K trong dung dịch Cr(VI) với nồng độ 200mg/L, hiệu suất hấp phụ bị giảm 31,77% so với khi không có K . Như vậy ảnh hưởng của ion K là hơn ion Na . Điều này có thể giải thích như sau: bán kính ion K+ > Na+ mà các ion cùng hóa trị thì loại ion có kích thước lớn sẽ bị hấp phụ tốt hơn do có độ phân cực cao và lớp vỏ hydrat nhỏ hơn.
3.5.7. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ban đầu Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.12.
Bảng 3.12: Ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cr(VI) đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ
Co(mg/L) Ccb(mg/L) H(%) q(mg/g) Ccb/q(g/L)
51,28 0,88 98,29 8,40 0,10
103,19 2,30 97,77 16,82 0,14
154,14 7,95 94,84 24,37 0,33
208,56 17,36 91,68 31,87 0,55
255,13 31,55 85,03 37,43 0,84
303,99 51,63 83,02 42,06 1,23
357,32 86,94 75,67 45,06 1,93
405,99 121,38 70,10 47,44 2,56
455,27 158,75 65,13 49,42 3,21
504,45 201,15 60,13 50,55 3,98
Nhận xét: Trong khoảng nồng độ khảo sát, khi tăng nồng độ đầu của dung dịch thì dung lượng hấp phụ tăng, còn hiệu suất hấp phụ của VLHP lại giảm.
Điều này được giải thích như sau:
Tốc độ hấp phụ tuân theo quy luật vhp= khp .C..(1- ) : Độ che phủ Ở nồng độ thấp (dung dịch loãng), 1- = const, khi nồng độ tăng thì vhp tăng tuyến tính. Tuy nhiên, giai đoạn này chỉ tồn tại ở một giới hạn nhất định tuỳ thuộc vào bản chất ion và chất hấp phụ. Sau đó, nếu tiếp tục tăng nồng độ thì vhp tăng không đáng kể và đến một mức nào đó nếu tiếp tục tăng nồng độ thì vhp hầu như không tăng nữa thậm chí có thể giảm đi.
q(mg/g)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu -
ĐHTN tnu.edu. v n/
3.6. Khảo sát dung lượng hấp phụ ion Cr(VI) theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt