3.4 Khảo sát điều kiện hấp phụ CFX lên vật liệu hấp phụ
3.4.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX bằng vật liệu PMNA Khảo sát ảnh hưởng của các pH từ 2 đến 10 đến quá trình hấp phụ CFX lên vật liệu PMNA và vật liệu α-Al2O3 được thể hiện trong Hình 3.16. Phương pháp quang phổ UV-Vis được sử dụng để xác định hàm lượng CFX. Với các pH khác nhau thì bước sóng hấp phụ cực đại của CFX xác định bằng phương pháp UV-Vis thay đổi, với lí do đó các hàm lượng của CFX được xác định với các đường chuẩn được lập với pH tại các bước sóng hấp thụ cực đại tương ứng. Với cùng một điều kiện hấp phụ CFX lên hai loại vật liệu thì vật liệu PMNA cho hiệu suất cao hơn hẳn đối với vật liệu không được biến tính. Hiệu suất xử lý CFX sử dụng PMNA đạt
~100% trong khi CFX bị hấp phụ lên vật liệu α-Al2O3 chỉ khoảng ~40% chứng tỏ vật liệu nano α-Al2O3 biến tính với PSS giúp tăng cao khả năng hấp phụ xử lý CFX.
Hình 3.16 cũng cho thấy hiệu suất xử lý CFX tăng từ pH 3 lên 6 và giảm đáng kể khi pH > 8. Vì CFX có hai pK là 6,1 và 8,7 [66]. Các phân tử CFX xuất hiện chủ yếu ở dạng ion dương ở pH < 6,1 và một phần điện dương ở pH từ 6,1 đến 8,7 do sự proton hóa của các nhóm amin nhưng sau pH lớn hơn 6 thì xuất hiện thêm sự proton hóa của nhóm carboxyl [50]. Ở pH 6, hiệu quả loại bỏ CFX đạt tối đa. Điều này có thể được giải thích rằng sự hấp phụ có thể được kiểm soát bởi cả lực hút tĩnh điện
58
và tương tác không tĩnh điện (tương tác kỵ nước, liên kết hydro, lực Van der Waals) bởi vì CFX xuất hiện dưới dạng lưỡng cực tại pH trung tính. Ở pH >8, CFX trở nên âm tính hơn trong khi bề mặt PMNA vẫn mang điện tích âm. Hiệu quả xử lý CFX cao nhất thu được khoảng 97% ở pH 6. Giá trị pH này gần tương tự với pH của đa số nhiều loại nước thải đặc biệt là nước thải bệnh viện, cho thấy khả năng ứng dụng để xử lý CFX khỏi nước thải thực tế mà không cần điều chỉnh pH.
Hình 3.16 Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX trên vật liệu biến tính bằng PSS (PMNA) và vật liệu α-Al2O3
Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX bằng vật liệu PAMNA Tương tự với vật liệu PMNA tthực hiện khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX lên vật liệu PAMNA. Khảo sát ảnh hưởng của pH trong khoảng 2−10 thu được kết quả thể hiện trong Hình 3.17 với nồng độ CFX ban đầu là 10ppm.
Hình 3.17 cho thấy hiệu suất xử lý CFX tăng lên khi tăng pH từ 2 đến 6 tương tự như trong trường hợp sử dụng vật liệu PMNA nhưng sau đó giảm khi tăng pH từ 6 xuống 10. Ở pH 6, khoảng 95% CFX bị hấp phụ giữ lại trên bề mặt vật liệu. Kết quả cho thấy khi pH càng cao thì PAMPS hấp phụ lên vật liệu nano α-Al2O3 giảm do ảnh hưởng của pH lên điện tích của PAMPS và đặc tính điện tích của CFX.
Chính vì lí do đó khi tăng pH lên cao có thể ảnh hưởng đến vật liệu PAMNA nên 0
20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10
Hiệu suất xử lý CFX(%)
pH
PMNA nano alpha nhôm oxit
59
quá trình hấp phụ CFX giảm. Với vật liệu sau khi biến tính PAMNA cho thấy hiệu xuất hấp phụ cao hơn (~95% CFX bị hấp phụ) khi sử dụng vật liệu không biến tính (~40% CFX bị hấp phụ) [24].
Hình 3.17: Ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX trên vật liệu biến tính bằng PAMPS (PAMNA) và vật liệu α-Al2O3
Qua quá trình khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình hấp phụ CFX cho thấy vật liệu nano α-Al2O3 sau khi biến tính bằng polyme mang điện có hiệu suất xử lý CFX cao hơn hẳn so với vật liệu không được biến tính Hiệu suất xử lý đạt ~100%
Vì vậy, điều kiện pH =6 là tối ưu để xử lý CFX bằng vật liệu PMNA và PAMNA.
b) Khảo sát ảnh hưởng của lực ion
Thực hiện khảo sát ảnh hưởng của lực ion lên quá trình hấp phụ CFX lên các loại vật liệu PMNA, PAMNA, và nano α-Al2O3 với cùng điều kiện 10ppm CFX, pH=6, lượng vật liệu 5000ppm, thời gian hấp phụ là 90 phút. Kết quả trong hình 3.19 cho thấy khi tăng lực ion trong dung dịch thì hiệu suất xử lý CFX giảm khi sử dụng vật liệu PMNA và vật liệu α-Al2O3 điều đó cho thấy tương tác chủ yếu trong quá trình hấp phụ CFX lên vật liệu PMNA và vật liệu nano α-Al2O3 là tương tác tĩnh điện vì khi tăng lực ion thì hiệu suất hấp phụ giảm tuy nhiên do ngoài tương
0 20 40 60 80 100
0 2 4 6 8 10
Hiệu suất hấp phụ CFX(%)
pH
PAMNA nano alpha nhôm oxit
60
tác chính vẫn có các tương tác phụ không phải tương tác tĩnh điện. Ngoài ra, một số lực tương tác khác cũng có khả năng hấp phụ CFX lên 2 loại vật liệu này. Trong khi đó với vật liệu PAMNA thì có xu hướng biến đổi ngược lại, hiệu suất xử lý tăng khi tăng nồng độ ion trong dung dịch. Sự có mặt của NaCl ảnh hưởng đến tương tác của CFX và bề mặt vật liệu PAMNA. Kết quả chứng tỏ tương tác trong quá trình hấp phụ CFX lên PAMNA chịu ảnh hưởng của tương tác tĩnh điện và tương tác không tĩnh điện [31,54].
Hình 3.18: Khảo sát ảnh hưởng của lực ion
Sau khi thực hiện khảo sát 2 yếu tố ảnh hưởng là pH và lực ion lên quá trình hấp phụ CFX lên các loại vật liệu PAMNA, PMNA, vật liệu α-Al2O3 cho thấy với hiệu suất xử lý CFX bằng vật liệu nano α-Al2O3 thấp hơn nhiều so với sử dụng vật liệu biến tính PMNA và PAMNA chính vì thế trong các nghiên cứu tiếp theo sẽ không thực hiện nghiên cứu trên vật liệu không biến tính. Thêm vào đó với vật liệu PMNA và PAMNA đều cho điều kiện tối ưu hấp phụ CFX là pH =6 và điều kiện nồng độ ion NaCl là 0,1mM. Các điều kiện này được sử dụng để nghiên cứu các yếu tố khác ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ CFX lên vật liệu biến tính.
0 20 40 60 80 100
0 0.1 1 10 100
Hiệu suất xử lý CFX (%)
Nồng độ ion (mM)
PAMNA PMNA nano alpha nhôm oxit
61
c) Khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến quá trình hấp phụ CFX Theo lý thuyết khi tăng lượng vật liệu thì tỉ trọng điện tích bề mặt tăng và hiệu xuất xử lý tăng. Tuy nhiên, trong thực tế khi lượng vật liệu tăng đến một mức giới hạn sẽ không làm tăng hiệu suất xử lý do khi đó xảy ra hiện tượng keo tụ làm lượng chất hấp phụ trong dung dịch thấp làm giảm cân bằng tương tác (hiệu suất không đạt 100% hấp phụ) do các tương tác trong quá trình hấp phụ là các tương tác yếu nên luôn có cân bằng tương tác. Mặc khác, khi lượng vật liệu quá cao sẽ xảy ra hiện tượng keo tụ làm giảm diện tích bề mặt cũng như khả năng hấp phụ. Khảo sát ảnh hưởng của lượng vật liệu đến khả năng xử lý CFX 10ppm sử dụng vật liệu PAMNA và PMNA với điều kiện pH =6, nồng độ NaCl 0,1mM thời gian hấp phụ 90 phút với lượng vật liệu từ 0,1-15 mg/ml thu được kết quả chỉ ra ở hình 3.19. Từ kết quả cho thấy khi tăng vật liệu lên 5 mg/ml thì hiệu suất hấp phụ đạt cực đại và sau đó gần như không đổi khi tiếp tục tăng lượng vật liệu. Kết quả nghiên cứu tương tự như các công trình đã công bố trước đó [19,50,54].
Hình 3.19: Ảnh hưởng của lượng vật liệu lên quá trình xử lý CFX bằng vật liệu PMNA và PAMNA
0 20 40 60 80 100
0.1 0.25 0.5 1 2.5 5 7.5 10 12.5 15
Hiệu suất xử lý CFX(%)
Lượng vật liệu (mg/ml)
PAMNA PMNA
62
Qua kết quả khảo sát cho thấy lượng vật liệu tối ưu để xử lý CFX là 5mg/ml.
Điều kiện thực nghiệm này được nghiên cứu được giữ cố định trong các nghiên cứu tiếp theo.
d) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ
Thời gian hấp phụ là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hấp phụ. Thực hiện nghiên cứu xử lý CFX trong thời gian từ 0 đến 150 phút với các điều kiện pH =6, nồng độ NaCl 0.1mM, lượng vật liệu 5mg/ml và nồng độ CFX ban đầu 10ppm thu được kết quả như trong hình 3.20. Kết quả trong hình 3.20 cho thấy sau 90 phút thực hiện hấp phụ thì ~100% CFX đã được xử lý khi sử dụng vật liệu PMNA và gần 90% CFX được xử lý khi sử dụng vật liệu PAMNA.
Hiệu suất xử lý CFX sử dụng PAMNA luôn thấp hơn khi sử dụng vật liệu PMNA.
Hình 3.20: Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến quá trình xử lý CFX bằng vật liệu PMNA và PAMNA
Sau quá trình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ cho thấy với điều kiện pH 6, NaCl 0,1mM, 5mg/ml lượng vật liệu và sau 90 phút thực hiện lắc hấp phụ thì gần ~100% CFX bị hấp phụ khi sử dụng vật liệu PMNA trong khi đó với vật liệu PAMNA giá trị cao nhất đạt được khoảng ~95% với nồng độ CFX ban đầu là 10ppm.
0 20 40 60 80 100
0 50 100 150
Hiệu xuất xử lý CFX(%)
Thời gian (phút )
PAMN A PMNA
63