Nhôm có xu hướng nhường 3 electron để tạo thành cation Al3+. Do có điện tích dương cao nên nhôm dễ bị hidrat hóa thành dạng [Al(H2O)6]3+. Trong dung dịch, nhôm nhanh chóng xảy ra các quá trình thuận nghịch hình thành các sản phẩm thủy phân khác nhau như: [Al(OH)(H2O)5]2+, [Al(OH)2(H2O)4]+, [Al(OH)3(H2O)3] và [Al(OH)4(H2O)2]-. Ion florua có thể thay thế vào trong các phức hợp tạo các phức Al-F có dạng [AlFx
(H2O)6-x)]3-x trong đó x = 0-6 tùy thuộc vào hàm lượng florua trong dung dịch. Như vậy cơ chế của loại bỏ florua là dựa trên sự tương tác của F- với Al(OH)3 vô định hình gọi là các gibbsite. Trao đổi ion giữa F- và OH- này là do kích thước và bán kính ion tương tự nhau.
Chính vì vậy để nâng cao tải trọng hấp phụ florua của laterit thô, phương pháp được chúng tôi lựa chọn là làm tăng hàm lượng nhôm có trong laterit bằng cách hoạt hóa vật liệu thô trong axit và ngâm tẩm với nhôm. Trước hết sử dụng axit HCl đề hòa tan các ion kim loại đặc biệt là oxit nhôm và sắt để đưa chúng lên bề mặt vật liệu. Sau đó sử dụng dung dịch NaOH để kết tủa lại tạo thành hỗn hợp các hidroxit là các tâm hấp phụ florua.
Để lựa chọn được điều kiện thích hợp biến tính laterit thô thành vật liệu có khả năng hấp phụ florua tốt hơn, chúng tôi đã khảo sát trong ba điều kiện sau:
3.3.1. Hoạt hóa bằng axit
Lấy 10 gam laterit thô ngâm trong 20 ml dung dịch HCl có nồng độ từ 1M đến 3M, lắc trong 2 giờ. Sau đó đem lọc và sấy khô ở nhiệt độ 1000C ta thu được vật liệu đã được hoạt hóa trong axit.
Tiến hành hấp phụ 50 ml florua có nồng độ ban đầu là 10mg/l trong 1 gam vật liệu laterit đã được hoạt hóa trong axit HCl ở các nồng độ khác nhau (1M, 2M, 3M). Kết quả thực nghiệm thu được ở bảng 3.7:
42 Bảng 3.7. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong axit
C0 (mg/L) Ce (mg/L) q(mg/g)
0 10 4,56 0,19
HCl 1M 10 5,30 0,24
HCl 2M 10 5,41 0,23
HCl 3M 10 5,51 0,22
Hình 3.6. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi hoạt hóa trong axit ở các nồng độ khác nhau.
Từ bảng khảo sát bảng 3.7 và biểu đồ hình 3.6 trên ta thấy laterit hoạt hóa axit HCl 1M cho tải trọng hấp phụ lớn hơn laterit hấp phụ trong HCl 2M và HCl 3M. Do vậy chúng tôi sẽ chọn ngâm laterit thô trong HCl 1M để chế tạo vật liệu hấp phụ florua trong bước tiếp theo.
3.3.2. Ngâm tẩm với nhôm clorua
Lấy 10 gam laterit thô ngâm trong 50 ml dung dịch Al3+ có nồng độ khác nhau (1%, 5%, 10%, 20%), lắc trong 4 giờ. Sau đó đem lọc và sấy khô ở nhiệt độ 1000C ta thu được vật liệu đã được tẩm Al3+. Tiến hành hấp phụ 50 ml florua có nồng độ ban đầu là
43 10mg/l trong 1 gam vật liệu laterit đã được tẩm Al3+ ở các nồng độ % khác nhau. Kết quả thực nghiệm thu được ở bảng 3.8:
Bảng 3.8. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong Al3+
Hàm lượng Al3+ C0 (mg/L) Ce (mg/L) q(mg/g)
0 10 4,56 0,19
1% 10 5,34 0,23
5% 10 4,39 0,28
10% 10 4,4 0,27
20% 10 4,82 0,26
Hình 3.7. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi ngâm tẩm Al3+ ở các nồng độ khác nhau
Từ bảng 3.8 và biểu đồ so sánh hình 3.7 trên ta thấy laterit hoạt hóa Al3+ 5%, 10%, 20% cho tải trọng hấp phụ tương đương nhau và lớn hơn so với laterit thô và laterit hoạt hóa trong Al3+ 1%. Do vậy chúng ta sẽ chọn hoạt hóa vật liệu trong Al3+ 5% để chế tạo vật liệu hấp phụ florua.
3.3.3. Hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với nhôm.
Từ kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu laterit sau khi đã hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với nhôm clorua ở hai phần trên chúng tôi tiến hành khảo sát khả năng
44 hấp phụ florua của vật liệu được hoạt hóa đồng thời trong cả hai điều kiện với mong muốn tìm ra những điều kiện tối ưu để biến tính vật liệu laterit thô.
Lấy 10 gam laterit thô ngâm trong 20 ml dung dịch HCl 1M lắc trong 2 giờ. Sau đó, cho 50 ml dung dịch Al3+ có nồng độ khác nhau (1%, 5%, 10%, 20%), lắc trong 4 giờ.
Cuối cùng, đem lọc và sấy khô ở nhiệt độ 1000C ta thu được vật liệu đã hoạt hóa axit và ngâm tẩm với nhôm clorua.
Tiến hành hấp phụ 50 ml florua có nồng độ ban đầu là 10mg/l trong 1 gam vật liệu laterit đã được hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với Al3+ ở các nồng độ khác nhau. Kết quả thực nghiệm thu được ở bảng 3.9:
Bảng 3.9. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ florua của vật liệu hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với Al3+
C0 (mg/L) Ct (mg/L) q(mg/g)
0 10 4,56 0,19
Al3+ (1%) 10 3,55 0,32
Al3+(5%) 10 3,25 0,34
Al3+(10%) 10 3,44 0,33
Al3+(20%) 10 3,51 0,32
45 Hình 3.8. Biểu đồ so sánh tải trọng hấp phụ cực đại của laterit khi hoạt hóa trong HCl1M
và ngâm tẩm Al3+ ở các nồng độ khác nhau
Từ bảng khảo sát 3.9 và biểu đồ so sảnh hình 3.8 trên ta thấy vật liệu laterit được hoạt hóa trong axit và ngâm tẩm với nhôm clorua có tải trọng hấp phụ tốt hơn (0,34 mg/g) so với hai vật liệu biến tính trong axit (0,24 mg/g) hoặc trong nhôm clorua (0,28 mg/g).
Do vậy chúng tôi chọn hoạt hóa trong axit HCl 1M và ngâm tẩm với Al3+ 5% là điều kiện tối ưu để biến tính vật liệu laterit. Vật liệu này được ký hiệu là M2.