3.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ
3.5.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ
Sau khi xác định được thời gian hấp phụ đạt trạng thí tối ưu là 20 phút, đề tài sử dụng thời gian hấp phụ trên để khảo khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ.
Mục đích thí nghiệm:
Đánh giá sự ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ dầu của VSR–AS trong môi trường nước, và xác định pH tối ưu cho quá trình hấp phụ.
Bảng 3.12: Các thông số thử nghiệm khảo sát ảnh hưởng của pH
Thông số cố định Thông số khảo sát
STT Thông số Số lượng
1 VSR – AS tỉ lệ 1:4 1g
2 Nước nhiễm dầu 0,5ml dầu + 99,5ml nước cất
Xác định pH tối ưu cho quá trình hấp phụ
3 Kích thước hạt 0,15 – 0,3 mm
4 Thời gian hấp phụ 20 phút
5 pH 1,3; 3,8; 5,5; 6,5; 9,3;
10,7; 12
Tỉ lệ phối trộn 1:4 ở môi trường có pH thấp thì khả năng nổi của vật liệu rất tốt, các mẫu thí nghiệm ghi nhận được tại pH = 1,3; 3,8 và 5,5 hầu như không có lượng VSR – AS bị chìm trong nước.
Hình 3.15: VSR – AS trong môi trường pH thấp
Tuy nhiên, đối với môi trường có pH cao thì lượng VSR–AS bắt đầu bị chìm trong nước và bị tách rời nhau thành những bông cặn màu trắng chìm xuống đáy.
Hình 3.16: VSR–AS ở các pH kiềm
Quan sát đặc điểm của vật liệu VSR–AS trong các môi trường có pH khác nhau ta thấy, VSR–AS ở môi trường pH thấp (cụ thể pH = 3,3) vật liệu sau khi hấp phụ dầu tạo thành một khối bền, sau khi được vớt ra khỏi môi trường nước vẫn giữ được hình dạng ban đầu. Đối với mẫu có pH tăng lên 5,5 vật liệu chỉ tạo thành khối nhưng không bền, sau khi vớt ra sẽ bị bến dạng một phần. Cuối cùng đối với mẫu có pH cao (cụ thể pH = 12) vật liệu hầu như bị tách rời khỏi nhau, tạo thành những hạt cặn lơ lửng trong nước (mẫu này rất khó thu hồi sau khi xử lý).
pH=1,3 pH=3,8 pH=5,5
pH=9,3 pH=10,7 pH=12
Hình 3.17: Đặc điểm của VSR–AS trong các môi trường pH khác nhau
Hình 3.18: Khả năng thấm ướt cao của VSR–AS ở các môi trường pH thấp Từ hình 3.18, ở môi trường pH thấp, ta thấy lượng dầu đã thấm ướt toàn bộ lượng VSR–AS trên bề mặt, điều này cho thấy quá trình hấp phụ dầu của VSR–AS diễn ra rất tốt ở môi trường này.
Ngược lại, ở môi trường có pH kiềm ta thấy các phân tử VSR–AS hầu như không bắt được các phân tử dầu trong nước nếu không được tiếp xúc ngay tại vị trí nhiễm dầu. Ngoài ra, ở môi trường có độ pH quá cao (pH = 12) thì ngay cả các phân tử dầu cũng bị ảnh hưởng bởi yếu tố pH, cụ thể các phân tử dầu bị biến dạng, mất đi độ nhớt trong nước và có màu trắng sữa. Chúng ta có thể quan sát kĩ hơn ở các hình dưới đây.
pH=3,8 pH=5,5 pH=12
pH=12
pH=1,3 pH=3,8 pH=5,5
Hình 3.20: Khả năng thấm ướt thấp của VSR–AS ở các môi trường pH cao Nguyên nhân do trong môi trường có pH cao, các liên kết este của acid béo sẽ bị phá vỡ bởi kiềm, cụ thể các acid béo bị thủy phân sau khi tiếp xúc với môi trường nước theo cơ chế của phản ứng thủy phân este.
CH3 – (CH2)7 – CH2 – CH2 – (CH2)7 – COOH + NaOH
CH3 – (CH2)7 – CH2 – CH2 – (CH2)7 – COONa + H2O Sau khi các acid béo bị thủy phân thành muối của acid béo, VSR–AS bị mất đi tính ưa dầu ban đầu và bị chìm trong môi trường nước. Điều này không những làm mất khả năng nổi của vật liệu trong nước, khó thu hồi trong xử lý mà còn làm giảm khả năng hấp phụ dầu của vật liệu, để minh chứng cho điều này, kết quả hấp phụ dầu của VSR–AS ở các môi trường pH khác nhau được trình bày trong bảng sau:
Bảng 3.13: Kết quả xử lý khả năng hấp phụ dầu của VSR–AS ở các môi trường pH khác nhau
pH X1 𝐗̅ ± SD
1,3 0,42 0,3086 ± 0,0065b
3,8 0,42 0,3173 ± 0,0083b
5,5 0,42 0,3394 ± 0,0060b
6,5 0,42 0,3450 ± 0,0040b
9,3 0,42 0,3977 ± 0,0072a
10,7 0,42 0,3069 ± 0,0576b
12,0 0,42 0,1676 ± 0,0229c
pH=9,3 pH=10,7 pH=12
Chú thích: Các chữ cái khác trên cùng một cột thì có sự khác biệt có ý nghĩa với độ tin cậy 95%.
Trong đó:
X1 : Lượng dầu trước hấp phụ (g)
X̅ : Lượng dầu hấp phụ trung bình (g)
±SD : Độ lệch chuẩn
Kết quả hấp phụ dầu của VSR–AS ở môi trường pH bằng 9,3 có sự khác biệt có ý nghĩa ở xác suất 95% với các mẫu còn lại.
Biểu đồ 3.6: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ
Dựa vào biểu đồ ta thấy pH tăng từ 1,3 đến 9,3 thì dung lượng hấp phụ dầu của VSR–AS cũng tăng, cụ thể dung lượng hấp phụ tăng 0,0891g từ 0,3086g/g lên 0,3977g/g, nhưng khi pH tăng lên quá cao tại các giá trị đo được là 10,7 và 12 thì dung lượng hấp phụ lần lượt giảm xuống còn 0,3069g/g và 0,1676g/g.
Nguyên nhân khi pH tăng (pH=1,3÷9,3), lượng H+ giảm, khả năng cạnh tranh của ion H+ với các phân tử dầu hấp phụ lên bề mặt của VSR–AS sẽ giảm, dẫn đến khả
0,3086 0,3173
0,3394 0,3450
0,3977
0,3069
0,1676
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45
1,3 3,8 5,5 6,5 9,3 10,7 12,0
Lượng dầu hấp phụ (g)
pH
Điều này cũng tương tự như nghiên cứu “khả năng hấp phụ hỗn hợp nhũ tương dầu trong nước (O/W) bằng vỏ trấu được xử lí với chất hoạt động bề mặt cetyl trymetyl Ammonium bromide (CTAB)” của Lê Thị Kim Liên với sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ dầu của vỏ trấu. Kết quả nghiên cứu cho thấy khả năng hấp phụ của vỏ trấu biến tính tăng nhanh trong khoảng pH từ 2 ÷ 4 tương ứng với độ hấp phụ từ 62,8 ÷ 81,2 mg/g. Còn trong khoảng pH 6 ÷ 8 khả năng hấp phụ hầu như không đổi từ 86,5 ÷ 87,9 mg/g và bắt đầu từ pH = 9 sự hấp phụ bắt đầu giảm nhẹ [7]. Ngoài ra, “Nghiên cứu sử dụng vỏ trấu biến tính trong quá trình xử lý nước thải nhiễm dầu”
của Phạm Xuân Núi và Nguyễn Xuân Thủy cũng cho kết quả tương tự với khoảng giá trị pH tối ưu là pH= 6 – 8 và giảm nhẹ tại pH=10 [9].
Vậy với giá trị pH nằm trong khoảng 6,5 – 9,3 là thích hợp.