CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.4. Phương pháp hấp phụ
1.4.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là khi chất tan bị hấp phụ càng mạnh thì dung môi bị hấp phụ càng yếu.
Dung môi có sức căng bề mặt càng lớn thì chất tan càng dễ bị hấp phụ.
Chất tan trong dung môi nước bị hấp phụ tốt hơn so với trong dung môi hữu cơ.
b. Tính chất của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
Thông thường, các chất phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt phân cực và các chất không phân cực dễ hấp phụ lên bề mặt không phân cực. Ngoài ra, độ xốp của chất hấp phụ cũng ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Khi giảm kích thước mao quản trong chất hấp phụ xốp thì sự hấp phụ từ dung dịch thường tăng lên.
Nhưng đến một giới hạn nào đó, khi kích thước mao quản quá nhỏ sẽ cản trở sự đi vào của chất hấp phụ.
18 c. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch giảm. Tuy nhiên, đối với những cấu tử tan hạn chế, khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng làm cho nhiệt độ của nó trong dung dịch tăng lên, do vậy khả năng hấp phụ có thể tăng lên.
d. Ảnh hưởng của pH môi trường
Độ pH môi trường ảnh hưởng nhiều đến tính chất bề mặt của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ trong dung dịch nên cũng ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ.
Ngoài ra, còn có các yếu tố khác như: nồng độ của chất tan trong dung dịch, áp suất đối với chất khí, quá trình hấp phụ cạnh tranh đối với các chất bị hấp phụ.
e. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ
Nồng độ chất bị hấp phụ cũng là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng hấp phụ. Thông thường theo như nhiều nghiên cứu thì khi nồng độ của chất bị hấp phụ tăng lên thì hiệu suất xử lý thường có xu hướng giảm.
f. Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ
Khối lượng vật liệu của chất hấp phụ ảnh hưởng nhiều đến diện tích bề mặt tiếp xúc và thông thường thì lượng chất hấp phụ càng tăng thì khả năng hấp phụ càng cao.
g. Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình hấp phụ
Thời gian là yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến rất lớn đến khả năng hấp phụ cũng như thể tích thiết bị phản ứng. Cho thấy được thời gian tiếp xúc giới hạn và thời gian tiếp xúc tối ưu cho quá trình hấp phụ.
1.5.Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải dệt nhuộm 1.5.1. Nghiên cứu trên thế giới
Tác giả IAW Tan và cộng sự (2010) [29] đã nghiên cứu các phương pháp hấp phụ và giải hấp phụ thuốc nhuộm của than sinh học có nguồn gốc từ dầu cọ. Các đặc tính hấp phụ thuốc nhuộm cơ bản (xanh methylen, MB) trên than hoạt tính được điều chế từ cọ dầu Fruit Fruit Bunch (EFB) đã được đánh giá. Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu của thuốc nhuộm, thời gian khuấy trộn,
19
pH dung dịch và nhiệt độ đối với sự hấp phụ MB đã được nghiên cứu. Sự hấp phụ tăng lên khi tăng nồng độ ban đầu, thời gian khuấy trộn và nhiệt độ dung dịch. Dữ liệu cân bằng hấp phụ được thể hiện tốt nhất bằng đường đẳng nhiệt Langmuir. Động học hấp phụ được tìm thấy theo mô hình động học bậc hai giả. Cơ chế của quá trình hấp phụ được xác định từ mô hình khuếch tán nội bào. Sự hấp phụ MB trên than hoạt tính chủ yếu chịu sự vận chuyển khối lượng bên ngoài trong đó khuếch tán hạt là bước giới hạn tốc độ. Hiệu suất tái sinh của than hoạt tính đã qua sử dụng là cao chấp nhận được, với khả năng giải hấp MB là 71%.
Tác giả Velmurugan. P (2011) [30] nghiên cứu chất hấp phụ được điều chế từ vỏ cam. Vỏ cam đã xử lý được sử dụng để hấp phụ xanh methylene ở các mức nồng độ thuốc nhuộm, pH và thời gian xử lý khác nhau. Hiệu quả xử lý bằng loại chất hấp phụ này khá tốt (có thể đạt hiệu suất 97% trong thời gian rất ngắn). pH, thời gian xử lý và nồng độ dung dịch đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ thuốc nhuộm.
Nhóm tác giả Dhuha D. Salman (2012) [31] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh methylene bằng màng vỏ trứng gà. Nghiên cứu sử dụng màng vỏ trứng gà để so sánh khả năng hấp phụ của chúng đối với xanh methylene (anion), xanh bromophenol (anion) và methyl cam (anion) trong môi trường nước thải. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng màng vỏ trứng gà hấp phụ được dung lượng xanh methylene nhiều hơn so với các nhóm còn lại. Màng vỏ trứng có khả năng hấp phụ xanh methylene lớn hơn so với vỏ trứng hay hỗn hợp vỏ trứng và màng trứng gà (gấp khoảng 1,35 – 1,65 lần). Điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ xanh methylene bao gồm: kích thước hạt 250μm, pH = 10, t = 800C, thời gian xử lý là 30 phút và nồng độ thuốc nhuộm là 2mg/100ml.
Nhóm tác giả Muhammad Saif Ur Rehman (2015) [32], khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi Trường, KAIST, Daejeon, Hàn Quốc đã nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm màu xanh lá cây trên than sinh học được chế tạo từ rơm rạ.
20
Nghiên cứu này nhằm mục đích hấp phụ Brilliant Green (BG) trên than sinh học rơm rạ thủy phân, thu được từ quá trình ethanol sinh học lignocellulose. Than sinh học rơm rạ có đặc tính bề mặt như diện tích bề mặt là 232,31m2/g, tổng thể tích lỗ rỗng 0,30 cm3/g và độ rộng lỗ rỗng trung bình là 5,22nm. Các nghiên cứu hấp phụ đã được thực hiện để nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thí nghiệm như pH (2, 10), hàm lượng than sinh học (0,05;1,25g/l), thời gian tiếp xúc (30 - 480 phút) và nhiệt độ (30 - 500C) về sự hấp phụ của BG. Đường đẳng nhiệt Langmuir (R2 = 0,998) phù hợp với dữ liệu hấp phụ cho nồng độ thuốc nhuộm ban đầu là 20mg/l. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự hấp phụ BG xảy ra ở dạng đơn lớp trên RBC. Động học hấp phụ được tuân theo mô hình động học bậc hai (R2 = 0,988). Những kết quả này cho thấy RBC, có thể được sử dụng một cách hiệu quả như một chất hấp phụ chi phí thấp đầy hứa hẹn để loại bỏ thuốc nhuộm khỏi dung dịch nước.
Nhóm tác giả Ekta Khosla, Satindar Kaur &Pragnesh N. Dave (2015) [33] đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Basic Red 12, Acid Orange 7 và Acid Blue 1 trên các hạt nano oxit kẽm (ZNP). Các tác giả đã nghiên cứu để tìm hiểu quá trình hấp phụ hóa lý và khám phá khả năng sử dụng hạt nano trong xử lý nước thải dệt nhuộm. Khả năng loại bỏ thuốc nhuộm bởi ZNP đối với Basic Red 12, Acid Orange 7 và Acid Blue 1 là 15,64, 6,78 và 6,38 mg.g 1. Quá trình hấp phụ phụ thuộc pH và các giá trị pH tối ưu là 9.0, 2.0 và 4.0 tương ứng với các chất nhuộm màu Basic Red 12, Acid Orange 7 và Acid Blue 1. Khả năng hấp phụ đạt bão hòa sau 1 giờ cho tất cả các thuốc nhuộm. Các mô hình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich và Temkin đã được áp dụng để đánh giá quá trình hấp phụ. Kết quả cho thấy các mô hình Langmuir là phù hợp với dữ liệu thí nghiệm.
Nhóm tác giả Divine D. Sewu (2017) [34] đã nghiên cứu hấp phụ hiệu quả cao thuốc nhuộm cation bằng than sinh học được sản xuất từ bắp cải Hàn Quốc (KC), rơm rạ (RS) và dăm gỗ (WC) và được sử dụng làm chất hấp phụ thay thế cho than hoạt tính (AC) trong xử lý nước thải đã được nghiên cứu. Chất nhuộm
21
màu đỏ Congo (CR) và tím pha lê (CV) đã được sử dụng làm thuốc nhuộm anion và cation để thử khả năng hấp phụ của than sinh học. Kết quả cho thấy pH ban đầu ít ảnh hưởng đến sự hấp phụ CR và CV trên tất cả các than sinh học ngoại trừ AC trên CR. Các mô hình đẳng nhiệt và dữ liệu động học cho thấy sự hấp phụ CR và CV bởi tất cả các than sinh học bị chi phối chủ yếu bởi quá trình hóa học. Tất cả các than sinh học có khả năng hấp phụ CR thấp hơn AC. KC cho thấy khả năng hấp phụ tối đa theo mô hình Langmuir cao hơn (1304 mg/g) so với AC (271,0 mg/g), RS (620,3 mg/g) và WC (195,6 mg/g) cho CV. KC có thể là một lựa chọn tốt cho AC thông thường như chất hấp phụ rẻ tiền, tuyệt vời và công nghiệp để loại bỏ thuốc nhuộm cation trong nước thải.