3.1 Ket quả phân tích cấu trúc vật liệu
3.1.1 Ket quả phân tích XRD của các mẫu vật liệu
Hĩnh 3. 1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Bent-DL
Hình 3. 2: Phô chuẩn của Bentonỉte [6]
Nhận xét: Trên giản đồ XRD của mẫu bentonite Di Linh tôi nhận thấy các píc nhiễu xạ nằm trong vùng 2Ớ tại 6,5°; 19,83°; 68,26° đặc trung cho cấu trúc của
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
250
240
230
220
210
200
190
ISO
170
3 160
10 20 30 40
2-Theta - Scale
MuụngK49B-mau^ang.raằ-start: 1-DCO'-501149 993 •-SEp:0.D3D“-SteớitỡTie: 1.s-2-Tneta: 1ŨOO'-Thets: O.-5Ữ3 ■-Ano* Cu-WL1:1.5405-Creatlon:3/7/350783439 AM 03-0014 (O) - Mortmoilltertte - Mgo AI2O3 5W2xH20 - Y: 10.72 % - đ x by 1 - WL 1 .£406 -
33-1161 (D)-Quartz,8yn-SK52-Y: 40.70 %-axbyil. -WL: 1.5406- Hexágorai-3 4.91340-04.91Ĩ40-C5.40530 - áptia 90.000 - teta 90.000-gamma 120.000-Píintìve-P3221 (154)-3- 113.
15,43° đặc trưng cho khoáng albite; píc ở 34,95-36,79°; 50,36° đặc
trưng cho
khoáng muscovite; píc ở 24,97°; 61,98° đặc trang cho khoáng calcite.
Với các píc
đăc trang của khoáng monmorillonite yếu và nhiều các píc lạ chứng tỏ
bentoniet có
độ tinh khiết không cao.
❖ Bentonite biến tính nhôm
Hĩnh 3. 3: Giản đồ nhiễu xạ tia Xcủa vật liệu Bent-Al
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
Hình 3. 4: Giản đồ nhiễu xạ tia Xcủa vật liệu Bent-H-AỈ
Ngoài những píc đặc trang của khoáng monmorillonite thì dooi của Bent-Al tăng lên 14,51 Ả chứng tỏ các cation oligome Al13 đã chèn vào khoảng giữa các lóp MMT .Với Bent-H-Al thì các píc về các tạp chất và khóang giảm rõ rệt.
Bentonite biến tính sắt
Hĩnh 3. 5: Giản đồ nhiễu xạ tia X cua vật liệu Bent-Fe
Hình 3. 6: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Bent-H-Fe
Từ Hĩnh 3.4 và Hình 3.5 tôi thấy d00l của Bent-Fe và Bent-H-Fe lần lượt là 16,59
và 16,64 Ả. Mặt khác, với sự xuất hiện của các píc 35,13°; 53,83° chứng tỏ các cation oligome Fe13 đã được chèn vào cấu trúc MMT. Ngoài ra, với mẫu Bent-H-Fe các píc đặc trưng của các khoáng khác giảm mạnh. Chứng tỏ quá hình hoạt hóa bằng axit đã loại đa phần các khoáng tạp ra khỏi bentonite làm cho bentonite tinh khiết hơn.
Bentonite biến tính kẽm
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
Hĩnh 3. 7: Giản đồ nhiễu xạ tia X cua vật liệu Bent-Zn
Position [°2Theta] (Copper (Cu))
Hĩnh 3. 8: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu Bent-H-Zn
Trên Hình 3.6, Hĩnh 3.7 xuất hiện các píc đặc trưng của oxit kẽm 31,81®; 34,46°, 36,27°. Tương tự như các mẫu hoạt hóa biến tính sắt và nhôm , mẫu hoạt hóa biến tính kẽm có độ tinh khiết cao hơn mẫu chưa hoạt hóa do cường độ các píc lạ yếu
3.1.2
Hình 3. 9: Phô hồng ngoại 1R của Bent-DL
Trên phổ hồng ngoại của bentonit Di Linh xuất hiện các vùng phổ đặc trung cho dao động của nhóm OH trong mạng tinh thể: 3439,74 cm'1 (dao động hóa trị); 531,64cm'' (dao động biến dạng). Các vùng phổ khác đặc trưng cho bentonit như: liên kết Si-0 trong tứ diện: 1035 cní1, liên kết AI -O trong bát diện 795,52 em'1 tương tự như các tài liệu đã được công bố về benonite [17]. Phù hợp với kết quả phân tích XRD của mẫu Bent-DL.
Kết quả phân tích phổ hồng ngoại ĨR của các mẫu vật liệu
Hĩnh 3. 10: Phô hồng ngoại IR của Bent-Al
Hình 3. ỉ ỉ: Phô hồng ngoại 1R của Bent-H-AỈ
❖ Biến tính sắt
Hĩnh 3. 12: Phô hồng ngoại 1R của Bent-Fe
Hình 3. 13: Phô hồng ngoại 1R của Bent-H-Fe
❖ Biến tính kẽm
Hĩnh 3. 14: Phô hồng ngoại IR của Bent-Zn
Hình 3. 15: Phô hồng ngoại 1R của Bent-H-Zn
Với kết quả phân tích phô IR của các vật liệu Bent-DL, Bent-AỊ Bent-Fe, Bent-
Zn qua đó cho thấy các vật liệu có khả năng hấp thụ nước tốt. Dải hấp thụ tại 3426,41-3439,74 cní’ đặc trưng cho nhóm OH trong nước bị hấp thụ. Các vật liệu đều chứa nhỏm OH cấu ưúc và liên kết Si-0 của lớp sét với dải hấp thụ tù' 1631,19- 1638,20 em1. Dải hấp thụ tại 1030-1035 cm'1 tương ứng được xem là dao động bất đối xứng của liên kết Si-O-Si của bentonite. Dải hấp phụ từ 793,99-796,23 cní1 đặc trưng cho quartz và dải hấp phụ 467,63-533,56 cm'1 được xem là dao động của liên kết O-Si-O
Bảng 3. 1: Các vùng hấp thụ đặc trưng trong phô hồng ngoại của các mẫu
Vật liệu
Nhóm cấu trúc
H-OH OH
( cấu trúc) Si-0 Si-O-Albd Si-O-Mgbd Albd-OH Mgbd-OH
Bent-DL 3439,7 1638,2 1035 531,64 467,82 914,30 795,52
Bent-Al 3428,4 1636,5 1033 532,63 468,28 914,44 796,23
Bent-Fe 3431,5 1636,7 1033 530,83 467,63 915,29 793,45
Bent-Zn 3432,7 1635,5 1032 468,92 794,16
Bent-H-
A1 3434,9 1635,7 1032 532,92 468,04 914,78 794,19
Bent-H-
Fe 3426,4 1635,3 1032 533,56 469,02 916,04 793,99
Bent-H-
Zn 3429,4 1631,2 1034 468,56 795,89
Ngoài ra, với các mẫu có sự hoạt hóa thì vạch phổ ở khoảng 1420cm’1 đặc trưng cho liên kết ion CO32' trong cancite đã không còn, mặt khác với cường độ phồ của các phố đặc trưng của các khoáng muscovite, albite, quartz giảm chứng tỏ quá trình hoạt hóa bentonite bằng axit làm giảm các tạp chất và tăng độ tinh khiết cho
bentonite, phù hợp với kết quả phân tích nhiễu xạ tia X.
3.2 Kết quả khảo sát hấp phụ amoni
3.2.1 Đường chuân
Đe có thể tính toán được nồng độ còn lại của amoni trong dung dịch sau khi được hấp phụ tôi xây dựng đường chuẩn của amoni, các kết quả dùng để xây dựng đường chuấn của amoni the hiện ở Bảng 3.2.
Bảng 3. 2: số liệu đường chuấn
STT
Nồng độ N111 ban đầu Co
(mg/1)
Độ hấp thụ quang
(A)
1 0,0400 0,1150
2 0,2000 0,1930
3 0,4000 0,3400
4 0,6000 0,4800
5 0,8000 0,7920
6 1,0000 0,8600
7 1,2000 1,0990
Từ số liệu này tôi xây dựng được đường chuẩn của amoni A = f(C) có dạng như sau:
Nhận xét: Đường chuẩn amoni có dạng đường thẳng tuyến tính có phương trình:
y = 0,8665x + 0,0293, R=0,9904
Dựa vào kết quả đo từ máy đo quang phổ kết hợp với phương trình đường chuẩn của amoni đã được tạo ban đầu tôi tính được nồng độ NH4 còn lại sau quá trình hấp phụ. Từ đó tôi xác định được độ hấp phụ của vật liệu dựa vào công thức:
(CỠ-C)F
nì
Trong đó:
G: độ hấp phụ (mg/g)
+ r
Co: nồng độ NH4 trước khi hấp phụ (mg/1)
C:nồngđộNH4 sau khi hấp phụ (mg/1)
V: thể tích dưng dịch bị hấp phụ (1)
m: khối lượng chất hấp phụ (g)
Các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ trong khảo sát:
Hĩnh 3. 16: Đirờng chuẩn amoni
(3.1)
r' ____________________ c b-C c ________________ 1 c I 1
6 — G-max- . , r -ỉay n - ,. - + ,._____h
1-I-ÍAC ư ưmax u
max.u
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundỉich'.
G = k.Cn hay InG = Ink + InC
3.2.2 Khảo sát sự hấp phụ khi thay đôi nồng độ
❖ Bent-Al
Báng 3. 3: Khảo sát hấp phụ amoni của Bent-AỈ
Khối lượng
chất hấp
phụ (g)
Nồng độ dd ban đầu Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ c (mg/1)
Độ hấp phụ G (mg/g)
0,1000 1,2000 0,6660 0,7348 0,4652
0,1000 1,4000 0,8020 0,8917 0,5083
0,1000 1,6000 0,8710 0,9714 0,6286
0,1000 1,8000 0,9710 1,0868 0,7132
0,1000 2,0000 1,1200 1,2587 0,7413
(3.2)
(3.3)
Hình 3. 17: Anh hirởng cua nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-Al
Hĩnh 3. 18: Đồ thị phirơng trình hấp phụ đăng nhiệt Langmuir của Bent-Al
LogC
-0.15 -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15
-0.10
-0.40
Hình 3. 19: Đồ thị phương trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Freundlỉch của Bent-Al
Nhận xét: Dựa vào đồ thị ở Hĩnh 3.16 tôi nhận thấy rằng khi tăng nồng độ chất bị hấp phụ thì độ hấp phụ tăng vì khi nồng độ chất bị hấp phụ cao nên khả năng tiếp xúc giữa chất bị hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ tăng làm cho độ hấp phụ tăng, về sau càng tăng nồng độ chất bị hấp phụ nhưng độ hấp phụ không tăng do chất hấp phụ gần đạt trạng thái bão hòa và không thể hấp phụ được nữa, bên cạnh đó nồng độ amoni quá lớn sẽ gây ra sự cạnh tranh giữa các ion của amoni đê hấp phụ lên bề mặt
vì vậy khả năng hấp phụ sẽ giảm nếu nồng độ amoni quá lớn.
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.17, 3.18 tôi thấy rằng phưong trình hấp phụ đẳng nhiệt thích họp cho quá trinh hấp phụ amoni bằng Bent-Al trong thí nghiệm đó là phương trình Freundỉỉch\ y=0,9662x - 0,2093, R=0,9546.
Từ phương trình này tôi tính được hệ sổ đặc trưng của phương trình Freundlich'.
n = 1,0352; K = 0,8112. Qua đó tôi nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-Al
là không cao do K khá thấp mà trong đó K là dung lượng hấp phụ của chất hấp phụ
và n>l khi 1/n là độ tương thích của cặp chất hấp phụ.
♦♦♦ Bent-Fe
Bảng 3. 4: Khảo sát hấp phụ amoni của Bent-Fe
Khối lượng
chất hấp
phụ (g)
Nồng độ dd ban đầu Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ c (mg/1)
Độ hấp phụ G (mg/g)
0,1000 1,2000 0,7100 0,7856 0,4144
0,1000 1,4000 0,8570 0,9552 0,4448
0,1000 1,6000 0,9720 1,0879 0,5121
0,1000 1,8000 1,0960 1,2310 0,5690
0,1000 2,0000 1,2500 1,4088 0,5912
Hình 3. 20: Anh hirởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-Fe
Hĩnh 3. 21: Đồ thị phương trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Langnniir của Bent-Fe
Hĩnh 3. 22: Đồ thị phương trình hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của Bent-Fe
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.20, 3.21 tôi nhận thấy rằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thích họp cho quá trình hấp phụ amoni bàng Bent-Fe trong thí nghiệm đó là phương trình Freundlich'. y=0,6662x - 0,3198, R=0,9801.
Từ phương trình này tôi tính được hệ sổ đặc trưng của phương trinh Freundlich'.
n = 1,5011; K = 0,7263. Qua đó tôi nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-Fe
là không cao do K khá thấp mà trong đó K là dung lượng hấp phụ của chất hấp phụ
và n>l khi 1/n là độ tương thích của cặp chất hấp phụ.
- -0.20 - 0.22- 0.24- -
0.28 ư
- ©ũ
-- 0.34- 0.36- 0.38- 0.40 0.20
Bent-Zn
Bảng 3. 5: Khảo sát hấp phụ amoni của Bent-Zn
Khối lượng
chất hấp
phụ (g)
Nồng độ dd ban đầu Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ
c (mg/1) Độ hấp phụ G
(mg/g)
0,1000 1,0000 0,4050 0,4336 0,5664
0,1000 1,2000 0,4980 0,5409 0,6591
0,1000 1,4000 0,6250 0,6875 0,7125
0,1000 1,8000 0,8510 0,9483 0,8517
0,1000 2,0000 0,9600 1,0741 0,9259
0,1000 2,2000 1,1050 1,2414 0,9586
0,1000 2,4000 1,2580 1,4180 0,9820
Hình 3. 23: Anh hirởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-Zn
Hĩnh 3. 24: Đồ thị phương trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Langmuir của Bent-Zn
LogC
-0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20
0.05
1 1 1 1
y = 0,4774x - 0,0637 -0.05
R2 = 0,9857 -0.10
-0.15 -0.20 -0.25 -0.30
Hình 3. 25: Đồ thị phương trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Freundlỉch của Bent-Zn
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.23, 3.24 tôi nhận thấy rằng phương trinh hấp phụ đẳng nhiệt thích hợp cho quá trình hấp phụ amoni bằng Bent-Zn trong thí nghiệm đó là phương trình Langmuir. y=0,6675x +■ 0,4751, R=0,9962.
Từ phương tình này tôi tính được hệ số đặc trưng của phương tình Langmuir.
Gmax= 1,498 l(mg/g); b = 0,4456. Qua giá trị Gmax tôi biết được độ hấp phụ tối đa của Bent-Zn là 1,498 Img/g rất nhỏ, mặt khác b<l khi b là thương số của hằng số tốc độ hấp phụ chia cho hằng số tốc độ giải hấp phụ. Từ đó nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-Zn là kém.
Bent-H-Al
Bảng 3. 6: Khảo sát hấp phụ amonỉ của Bent-H-Al
Khối lượng
chất hấp
phụ (g)
Nồng độ dd ban đầu Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ c (mg/1)
Độ hấp phụ G (mg/g)
0,1000 0,6000 0,1430 0,1312 0,4688
0,1000 0,8000 0,1930 0,1889 0,6111
0,1000 1,2000 0,3460 0,3655 0,8345
0,1000 1,4000 0,4120 0,4417 0,9583
0,1000 1,6000 0,5500 0,6009 0,9991
Hình 3. 26: Anh hường của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-H-AÌ
Hĩnh 3. 27: Đồ thị phương trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Langnniir của Bent-H-AỈ
Hĩnh 3. 28: Đồ thị phương trình hấp phụ đăng nhiệt Frenndỉỉch của Bent-H-Al
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.26, 3.27 tôi nhận thấy rằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thích họp cho quá trình hấp phụ amoni bằng Bent-H-Al trong thí nghiệm đó là phương trình Langmuir. y 0,6745x + 0,1874, R=0,9947.
Từ phương trình này tôi tính được hệ sổ đặc trang của phương trinh Langnniir.
Graax = 1,4826 (mg/g); b = 0,4549. Qua giá trị Gmax tôi biết được độ hấp phụ tối đa của Bent-Zn là l,4826mg/g là rất nhỏ, mặt khác b<l khi b là thương số của hằng số tốc độ hấp phụ chia cho hằng số tốc độ giải hấp phụ. Từ đó nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-H-Al là không cao.
Bent-H-Fe
Bảng 3. 7: Khảo sát hấp phụ amonỉ của Bent-H-Fe
Khối lượng
chất hấp
phụ (g)
Nồng độ
dd ban đầu
Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ c (mg/1)
Độ hấp phụ G (mg/g)
0,1000 0,8000 0,2940 0,3055 0,4945
0,1000 1,0000 0,3490 0,3690 0,6310
0,1000 1,4000 0,5210 0,5675 0,8325
0,1000 1,6000 0,5870 0,6436 0,9564
0,1000 2,0000 0,7140 0,7902 1,2098
0,1000 2,2000 0,8150 0,9068 1,2932
Hình 3. 29: Anh hướng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-H-Fe
Hĩnh 3. 30: Đồ thị phirơng trĩnh hấp phụ đăng nhiệt Langnniir của Bent-H-Fe
Hĩnh 3. 31: Đồ thị phương trình hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của Bent-H-Fe
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.29, 3.30 tôi nhận thấy rằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thích họp cho quá trình hấp phụ amoni bằng Bent-H-Fe trong thí nghiệm đó là phương trình Freundlich'. ỵ=0,8698x + 0,1534, R=0,9946.
Từ phương trình này tôi tính được hệ số đặc trưng của phương trình Freundìich:
n =1,1497 ; K = 1,1658. Qua đó tôi nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-H-
Bent-H-Zn
Bảng 3. 8: Khảo sát hấp phụ amonỉ của Bent-H-Zn
Khối lượng
chất hấp phụ
(g)
Nồng độ
dd ban đầu
Co (mg/1)
Độ hấp thụ quang (A)
Nồng độ dd sau hấp phụ c (mg/1)
Độ hấp phụ G (mg/g)
0,1000 0,8000 0,3160 0,3309 0,4691
0,1000 1,0000 0,4200 0,4509 0,5491
0,1000 1,4000 0,6490 0,7152 0,6848
0,1000 1,8000 0,8920 0,9956 0,8044
0,1000 2,0000 1,0500 1,1780 0,8220
Hĩnh 3. 32: Anh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ đến độ hấp phụ của Bent-H-Zn
Hĩnh 3. 33: Đồ thị phương trình hấp phụ đăng nhiệt Langnniir của Bent-H-Zn
Hĩnh 3. 34: Đồ thị phương trình hấp phụ đăng nhiệt Freundlich của Bent-H-Zn
Theo đồ thị ở Hĩnh 3.32, 3.33 tôi nhận thấy rằng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt thích họp cho quá trình hấp phụ amoni bằng Bent-H-Zn trong thí nghiệm đó là phương trình Frenndlich\ y 0.4665X - 0,1042, R=0,9961.
Từ phương ưìnli này tôi tính được hệ số đặc trưng của phương trinh Freundỉich'.
n = 2,1436; K = 0,901. Qua đó tôi nhận thấy khả năng hấp phụ amoni của Bent-H-
Zn là không cao do K khá thấp mà trong đó K là dung lượng hấp phụ của chất hấp phụ và n>l khi 1/n là độ tương thích của cặp chất hấp phụ.
KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua quá trình nghiên cứu chế tạo vật liệu bentonite biến tính Al, Fe, Zn và khảo sát ứng dụng hấp phụ amoni trong nuớc. Tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Với kết quả phân tích XRD và phố hồng ngoại 1R của mẫu bentonite DiLinh
từ đó có the thấy bentonite Di Linh lẫn tạp chất và độ tinh khiết của motmorillonite không cao.
2. Biến tính thành công bientonite Di Linh không có hoạt hóa và có hoạt hóa vói các cột chống là các kim loại Al, Fe, Zn. Với kết quả đuợc the hiện qua kết quả phân tích nhiễu xạ tia X, phân tích phố hồng ngoại IR.
3. Khảo sát hấp phụ amoni của các mẫu bentonite biến tính tù đó xác định đuợc phương trình hấp phụ đẳng nhiệt của các mẫu. Qua đó đánh giá sơ bộ đuợc khả năng hấp phụ của các mẫu biên tính.
Với những kết quả đã đạt đuợc tôi có một số kiến nghị sau:
1. Thay đổi nồng độ axit và thời gian hoạt hóa đe tìm ra điều kiện tối uu cho quá trình hoạt hóa.
2. Thay đổi kim loại hoặc tạo hỗn họp kim loại để biến tính bentonite.
3. Thay đổi các điều kiện trong quá trình biến tính bentonite để tìm điều kiện biến tính tối ưu.
4. Sử dụng một số phương pháp định tính vật liệu để có thêm thông số về vật liệu như phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), xác định bề mặt riêng theo phương pháp hấp phụ (BET).