CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ AMO trong nước của TSHS
3.2.1. Đường chuẩn xác định AMO bằng phương pháp hấp phụ phân tử UV-Vis Kết quả phân tích độ hấp thụ của các dung dịch AMO chuẩn có nồng độ từ 5,0 tới 50 mg/L và thông tin đường chuẩn xác định AMO bằng phương pháp hấp thụ phân tử UV-Vis được trình bày ở Hình 3.7.
Hình 3. 7. Đường chuẩn xác định AMO bằng thiết bị UV-Vis
Theo Hình 3.7 cho thấy, đường chuẩn xác định AMO có khoảng tuyến tính rất rộng và có độ tuyến tính tốt. Phương trình đường chuẩn là y = 0,0221x + 0,0075 với giá trị R² = 0,9997 chứng tỏ đường chuẩn có thể đảm bảo cho kết quả đo có độ chính xác và tin cậy cao.
3.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng hấp phụ AMO
Tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ AMO trong khoảng từ 3,0 đến 9,0. Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng hấp
y = 0.0221x + 0.0075 R² = 0.9997
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
0 10 20 30 40 50 60
Độ hấp phụ
Nồng độ AMO (mg/L)
phụ AMO được đánh giá bằng cách sử dụng 1,0 g/L vật liệu TSHS hấp phụ AMO nồng độ 10 ppm trong thời gian 3h ở nhiệt độ phòng được thể hiện ở Hình 3.8.
Hình 3. 8. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ AMO của TSHS Hiệu quả hấp phụ AMO tăng lên khi pH của dung dịch tăng từ 3 tới 5, hiệu quả hấp phụ tăng dần đến cực đại đối với AMO (mẫu LH240 KOH 3h:
20,14%; mẫu LH240 KOH 5h: 46,14%; mẫu LH240 KOH 10h: 55,38%; mẫu LH240 KOH 15h: 58,53%) ở pH = 5 và khi pH tăng dần tới 9 thì hiệu quả hấp phụ giảm dần (mẫu LH240 KOH 3h: 10,33%; mẫu LH240 KOH 5h: 30,02%;
mẫu LH240 KOH 10h: 38,85%; mẫu LH240 KOH 15h: 39,20%). Vậy ở pH = 5 là môi trường tốt nhất cho quá trình hấp phụ ở tất cả các mẫu. Điều này có thể giải thích dựa trên trạng thái tồn tại của AMO theo pH và đặc điểm bề mặt TSHS. Cấu tạo AMO thể hiện ở Hình 3.9.
3 4 5 6 7 8 9
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Hiệu quả hấp phụ (%)
pH
3h 5h 10h 15h
Hình 3. 9. Cấu tạo và giá trị pKa tương ứng của các nhóm chức AMO AMO là hợp chất đa chức, có ba giá trị pKa lần lượt là 2,7; 7,4 và 9,6;
tuy nhiên khả năng phân li tới bậc 3 là rất yếu. Ta thấy, ở vùng pH thấp (pH <
2,7), AMO ở dạng proton hóa tích điện dương, trong vùng pH từ 2,7 tới 7,4;
nhóm carbonyl bắt đầu phân li H+ chuyển cho nhóm amine tạo thành dạng lưỡng điện, tuy nhiên ở pH = 3 sự phân ly này chưa đáng kể nhưng tới pH = 7 thì sự phân li làm biến dạng nhóm β-lactam, do đó tại pH = 5, AMO tồn tại ở dạng lưỡng điện tích ổn định (âm ở nhóm –COO− và tích điện dương ở nhóm
−𝑁𝐻3+) trong khi bề mặt vật liệu tích điện dương, thuận lợi cho hấp phụ tại nhóm chức −COO. Hơn nữa, khi pH tiếp tục tăng, độ phân li H+ tăng lên độ điện âm của AMO tiếp tục tăng, điện tích âm bề mặt TSHS cũng tăng dần, nên hấp phụ cũng giảm là phù hợp. Điều này cũng cho thấy, sự hấp phụ xảy ra có yếu tố của tương tác tĩnh điện (hấp phụ vật lý).; tuy nhiên ở pH cao (pH
> 5), độ phân ly của AMO sẽ tăng lên, vòng β-lactam kém ổn định, tính âm điện của AMO tăng, cùng dấu với điện tích bề mặt vật liệu, nên hấp phụ cũng giảm. Tại pH = 5, bề mặt mẫu LH240 KOH 10h trung hòa điện, đây có thể là điều kiện làm cho hấp phụ đạt tới tối ưu. Vì vậy, ta chọn vật liệu mẫu thủy nhiệt trong LH240 KOH 10h và pH = 5 để sử dụng cho các thí nghiệm hấp phụ tiếp theo.
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ AMO tới khả năng hấp phụ
Để đánh giá ảnh hưởng của nồng độ AMO tới hiệu suất hấp phụ của TSHS mẫu 10h, thí nghiệm đã tiến hành với các nồng độ đầu của AMO khác
nhau, từ 5 tới 50 ppm, hấp phụ bởi 2 g/L TSHS mẫu 10 h trong thời gian 3 giờ tại pH = 5 ở nhiệt độ phòng. Kết quả được trình bày ở hình 3.10 dưới đây:
Hình 3. 10. Ảnh hưởng của nồng độ AMO tới khả năng hấp phụ của TSHS Hình 3.10 cho thấy, khả năng hấp phụ AMO của vật liệu TSHS mẫu 10h giảm dần khi nồng độ AMO tăng. Hiệu suất hấp phụ của vật liệu cao nhất với AMO nồng độ 5 ppm, đạt tới 90,63%. Khi nồng độ AMO tăng lên tới 50 ppm thì hiệu suất hấp phụ chỉ còn 39,01%. Ở nồng độ đầu AMO 50 ppm, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 9,84 mg/g, than sinh học thủy nhiệt bã café hấp phụ kháng sinh sulfonamide cũng có dung lượng hấp phụ cực đại xấp xỉ giá trị này [81]. Khả năng hấp phụ của TSHS giảm khi nồng độ AMO tăng.
Khi nồng độ chất bị hấp phụ tăng, thì khoảng cách giữa các phân tử chất bị hấp phụ giảm, tương tác đẩy giữa chúng tăng làm giảm khả năng va chạm với các tâm hấp phụ, do đó khả năng bị hấp phụ giảm.
3.2.4. Ảnh hưởng của hàm lượng TSHS tới khả năng hấp phụ AMO
Hiệu quả hấp phụ AMO 10 ppm của TSHS theo hàm lượng khác nhau, từ 0,5 g/L tới 5 g/L trong thời gian 3 giờ theo Hình 3.11. Hiệu suất đạt 55,02% với 1 g/L TSHS và đạt 92,07% với 5 g/L TSHS. Điều này chứng tỏ, hiệu quả hấp phụ AMO tăng khi hàm lượng TSHS tăng. Kết quả thu được phù hợp với các
0 10 20 30 40 50
40 50 60 70 80 90
Hiệu quả hấp phụ (%)
Nồng độ AMO (mg/L)
nghiên cứu về quá trình hấp phụ khi gia tăng lượng chất hấp phụ. Hiệu suất hấp phụ AMO của TSHS mẫu LH240 KOH 10h tăng nhanh khi hàm lượng TSHS tăng từ 0,5 tới 2 g/L (đạt 82,59%), tăng chậm từ 3 g/L đến 5 g/L. Thông thường, nồng
độ chất phản ứng tăng thì tốc độ phản ứng tăng theo chiều thuận, do đó khi nồng độ vật liệu tăng hiệu suất hấp phụ tăng là hợp lý, do phần bề mặt trống tăng, số vị trí tâm hấp phụ lớn, thuận lợi cho quá trình hấp phụ xảy ra. Tuy vậy, trong thí nghiệm tiếp theo sẽ thực hiện ở hàm lượng TSHS là 2 g/L.
Hình 3. 11. Ảnh hưởng của hàm lượng tới khả năng hấp phụ AMO của TSHS 3.2.5. Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ AMO
Trong khoảng thời gian khảo sát từ 10 phút đến 240 phút bằng cách sử dụng 2 g/L TSHS hấp phụ AMO 10 ppm ở nhiệt độ phòng theo Hình 3.12, hiệu quả hấp phụ của vật liệu tăng nhanh trong 180 phút đầu tiên, tại 180 phút hiệu quả hấp phụ AMO đạt 82,47%. Sau đó, khi thời gian khảo sát tăng từ 180 phút lên 240 phút, hiệu quả hấp phụ AMO tăng không đáng kể, chứng tỏ quá trình hấp phụ đã đạt tới cân bằng ở khoảng 180 phút. Do đó, việc nghiên cứu hiệu quả hấp phụ sau 3 giờ là hoàn toàn phù hợp.
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100
Hiệu quả hấp phụ (%)
Hàm lượng TSHS (g/L)