3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian
Sự phụ thuộc của nồng độ chất bị hấp phụ và hiệu suất của quá trình
C (mg/L) t H (%)
hấp phụ vào thời gian của các vật liệu: BC, PANi, PANi – BC được thể hiện trên hình 3.3.
20 80 BC
16 PANi 60 PANi - BC
12 40
8 20(a) BC PANi
(b)
4 50 100 150 200 250 300
t (phút)
PANi - BC 0 50 100 150 200 250 300
t (phút)
Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian đến nồng độ dung dịch(a) và hiệu suất của quá trình hấp phụ (b) ion Pb2+ đối với các vật liệu.
Nồng độ ban đầu C0 = 20 mg/L, pH = 7
Thông qua hình 3.3 ta thấy thời gian hấp phụ tăng lên thì hiệu suất của quá trình hấp phụ tăng và nồng độ chất bị hấp phụ giảm dần.
Trong khoảng thời gian từ 0 → 120 phút
Đối với BC: hiệu suất hấp phụ tăng từ 14,7 → 69,05%, nồng độ giảm từ 17,06 → 6,19 mg/L.
Đối với PANi: hiệu suất hấp phụ tăng từ 7,2 → 57,25%, nồng độ giảm từ 18,56 → 8,55 mg/L.
Đối với PANi – BC: hiệu suất hấp phụ tăng từ 18,8 → 70,7%, nồng độ giảm từ 16,24 → 5,86 mg/L.
Trong khoảng thời gian từ 120 → 300 phút, hiệu suất hấp phụ tăng và nồng độ giảm nhưng không đáng kể.
Kết quả phân tích sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ q vào thời gian được giới thiệu trên hình 3.4. Qua hình 3.4 ta thấy khả năng hấp phụ tăng dần lên khi thời gian hấp phụ tăng lên tương ứng và được thể hiện thông qua dung lượng hấp. Cụ thể, PANi có dung lượng hấp phụ là nhỏ nhất trong thời gian
BC PANi PANi - BC
q ( m g/ g)
hấp phụ tương ứng là từ 0,028 → 0,25 mg/g, tiếp đến là chè có dung lượng hấp phụ cao hơn từ 0,058 → 0,28 mg/g và cao nhất là PANi - BC có dung lượng hấp phụ từ 0,075 → 0,3 mg/g tương ứng với hiệu sấu hấp phụ đạt H%
= 18,8 → 75%.
0.32 0.24 0.16 0.08
0.00 50 100 150 200 250 300
t (phút)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng hấp phụ ion Pb2+ đối với các vật liệu. Nồng ban đầu C0 = 20 mg/L, pH = 7
Thời gian hấp phụ tăng lên trong khoảng 0 → 120 phút và thời gian từ 120 → 300 phút thì dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ có tăng nhưng thay đổi không đáng kể, chứng tỏ quá trình hấp phụ ion Pb2+ bằng vật liệu gốc PANi/ chè đã đạt tới trạng thái cân bằng. Vậy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của quá trình là 120 phút.
3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ
Sự phụ thuộc của nồng độ chất bị hấp phụ và hiệu suất của quá trình hấp phụ vào nồng chất bị hấp phụ ban đầu được thể hiện trên hình 3.5.Từ kết quả trong hình 3.5 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi nồng độ ban đầu của dung dịch tăng thì hiệu suất của quá trình hấp phụ giảm. Hiệu suất hấp phụ của vật liệu chè – PANi là cao nhất. Nồng độ 20 mg/L thì hiệu suất đạt tới 59,95%. Có thể nói rằng nồng độ có ảnh hưởng đặc biệt quan trọng đến hiệu suất hấp phụ.
Chè
PANi (a)
PANi - BC
(b) PANiChè PANi - BC
BC PANi
PANi - BC
C C
C
C (mg/L) t q ( m g/ g) H (%)
o o
o
30 25 20 15 10 5
10 20 30 40 50
70 60 50 40
30 10 20 30 40 50
(mg/L) (mg/L)
Hình 3.5. Ảnh hưởng nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ đến nồng độ của chất bị hấp phụ (a) và hiệu suất của quá trình hấp phụ (b).
Thời gian hấp phụ t = 120 phút, pH = 7.
Từ hình 3.6 cho thấy trong khoảng nồng độ khảo sát, khi nồng độ ban đầu của dung dịch tăng thì dung lượng hấp phụ của ion kim loại nặng của các vật liệu tăng . Ở nồng độ ban đầu nhỏ (C0 < 20 mg/L), đường biểu diễn sự phụ thuộc của C0 và q có xu hướng tăng nhanh, tuy nhiên khi nồng độ ban đầu lớn (C0 > 20 mg/L) đường biểu diễn này có xu hướng chậm lại. Và ta chọn nồng độ ban đầu tối ưu cho quá trình nghiên cứu sau là 20 mg/L.
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
10 20 30 40 50
(mg/L)
Hình 3.6. Ảnh hưởng nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ đến dung lượng hấp phụ. Thời gian hấp phụ t = 120 phút, pH = 7
BC PANi
PANi - BC (b)
BC PANi PANi - BC
C (mg/L) t q (mg/g) H (%)
3.2.3. Ảnh hưởng của pH
Sự phụ thuộc của nồng độ chất bị hấp phụ và hiệu suất của quá trình hấp phụ vào pH của dung dịch hấp phụ được thể hiện trên hình 3.7.
18 BC
15 PANi
PANi - BC
12 9 6
75 60 45 30
(a) 15 3 4 5 6 7
pH .
3 4 5 6 7
pH
Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến nồng độ dung dịch (a) và hiệu suất của quá trình hấp phụ (b) ion Pb2+ trên các vật liệu.
Nồng độ ban đầu C0 = 20 mg/L, t = 120 phút
0.30 0.24 0.18 0.12 0.06
3 4 5 6 7
pH
Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ.
Thời gian hấp phụ t = 120 phút, nồng độ ban đầu C0 = 20 mg/L
Kết quả chỉ ra trong hình 3.7 và 3.8, khi thay đổi pH của môi trường dung dịch hấp phụ ta nhận thấy: ở môi trường axit mạnh (pH = 1÷5), sự hấp
y=0,38473x+31,57093 R2=0,97163
C /q ( g/ L )
phụ ion Pb2+ của các vật liệu tăng nhanh trong đó vật liệu chè – PANi đạt hiệu suất lớn nhất tại pH = 5, Hmax = 72,2%, thấp hơn là chè Hmax = 70,55%, thấp nhất là PANi Hmax = 59,5%. Ở môi trường axit yếu, trung tính (pH = 5÷7) khả năng hấp phụ của các vật liệu đều giảm dần. Nguyên nhân chính là khi pH gần trung tính thì cặp electron tự do trong nhóm amin hay imin tạo phức chelat với các cation kim loại lớn do đó khả năng hấp phụ kim loại tăng. Khi pH thấp (môi trường axit mạnh) PANi chuyển về dạng không có các electron tự do, không có khả năng tạo phức với kim loại nên khả năng hấp phụ kém.
Do đó, pH tối ưu của quá trình hấp phụ là 5. Qua quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố: thời gian, nồng độ và pH ta có thể rút ra được kết luận sau: ở điều kiện t = 120 phút, nồng độ dung dịch ion Pb2+ ban đầu C0 = 20 mg/L, pH = 5 thì quá trình hấp phụ đạt đến trạng thái cân bằng và vật liệu PANi – BC đạt hiệu suất cao hơn cả so với PANi và BC.