3.3 Khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu của từng vật liệu
3.3.1 Khảo sát khả năng hấp phụ của Methyl đỏ
3.3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ Methyl đỏ
Cân 1,0 gam than hoạt tính ( AC0, AC1, AC2) trong 100 ml dung dịch metyl đỏ có nồng độ 50 mg/l tại các pH khác nhau (2, 4, 6, 8,10) đem lắc trong thời gian 60 phút. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh giá trị pH của dung dịch về 4.
Đem đo độ hấp thụ quang, xác định dung dịch nồng độ phẩm màu còn lại.
Bảng 3.5 Ảnh hưởng pH tới khả năng hấp phụ Methyl đỏ pH
Metyl đỏ 2 4 6 8 10
AC0
ABS 0,343 0,347 0,412 0,493 0,513
CS (mg/l) 11,30 11,40 13,21 15,81 16,45 Tải trọng h/p 3,87 3,86 3,68 3,42 3,35
AC1
ABS 0,308 0,311 0,426 0,585 0,701
CS (mg/l) 3,36 3,38 4,65 6,43 7,67
Tải trọng h/p 4,664 4,662 4,535 4,357 4,233
AC2
ABS 0,340 0,384 0,442 0,500 0,511
CS (mg/l) 7,45 8,37 9,65 10,93 11,17 Tải trọng h/p 4,255 4,163 4,035 3,907 3,883
Hình 3.14 Sự phụ thuộc khả năng hấp phụ vào pH
Từ giá trị của đồ thị cho thấy rằng khả năng hấp phụ metyl đỏ của các vật liệu giảm dần khi pH của dung dịch tăng dần. Từ đây tôi lựa chọn đối với vật liệu AC0 hấp phụ methyl đỏ tốt nhất tại pH của dung dịch bằng 4. Vật liệu AC1 hấp phụ methyl đỏ tốt nhất tại pH của dung dịch bằng 4. Vật liệu AC2 hấp thụ methyl đỏ tốt nhất tại pH của dung dịch bằng 2.
3.3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian đạt cân bằng hấp phụ
Cân 1,0 gam với mỗi loại vật liệu (AC0, AC1, AC2) vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch methyl đỏ nồng độ 50 mg/l, điều chỉnh pH dung dịch về giá trị 4 đối với vật liệu AC0, AC1, pH= 2 đối với vật liệu AC2,đem lắc trong các thời gian khác nhau (15, 30, 60, 90, 120, 150 phút). Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH của dung dịch về 4. Đem đo độ hấp thụ quang của dung dịch, xác định dung dịch nồng độ phẩm màu còn lại.
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ tới khả năng hấp phụ methyl đỏ Thời gian
Methyl đỏ 15p 30p 60p 90p 120p 150p
AC0
ABS 0,890 0,716 0,406 0,308 0,307 0,307 CS (mg/l) 29,25 23,50 13,30 10,07 10,04 10,04 Tải trọng h/p 2,075 2,650 3,67 3,993 3,996 3,996
AC1
ABS 0,669 0,494 0,311 0,313 0,310 0,313 CS (mg/l) 21,95 16,21 3,38 3,40 3,39 3,41 Tải trọng h/p 2,805 3,379 4,662 4,660 4,661 4,659
AC2
ABS 0,755 0,591 0,342 0,341 0,341 0,340 CS (mg/l) 24,80 19,40 7,45 7,43 7,43 7,41 Tải trọng h/p 2,520 3,060 4,255 4,257 4,257 4,259
Hình 3.15 Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào thời gian cân bằng hấp phụ Từ giá trị của đồ thị nhận thấy khi thời gian hấp phụ tăng lên, lƣợng Methyl đỏ bị hấp phụ tăng lên, đến khoảng giá trị thích hợp thì đạt cân bằng hấp phụ. Vật
liệu AC0 hấp phụ Methyl đỏ đạt trạng thái cân bằng trong thời gian 90 phút. Vật liệu AC1 và AC2 đạt cân bằng hấp phụ trong thời gian 60 phút. Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của than hoạt tính (AC0) muộn hơn so với than hoạt tính biến tính (AC1, AC2) có thể do than hoạt tính đƣợc biến tính bằng tác nhân oxi hóa có chứa các nhóm chức cacbon – oxi làm tăng tương tác giữa vật liệu hấp phụ và chất bị hấp phụ, lực liên kết bền hơn, dẫn tới thời gian đạt cân bằng hấp phụ ngắn hơn.
3.3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu
Cân 1,0 gam than hoạt tính AC0 vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Methyl đỏ với các nồng độ ban đầu khác nhau (5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 mg/l) tại pH của dung dịchbằng 4 đem lắc trong thời gian 90 phút. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH dung dịch về 4, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ Methyl đỏ còn lại trong dung dịch.
Cân 1,0 gam than hoạt tính AC1 vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Methyl đỏ với các nồng độ ban đầu khác nhau (5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 mg/l) tại pH của dung dịch bằng 4 đem lắc trong thời gian 60 phút. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH dung dịch về 4, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ Methyl đỏ còn lại trong dung dịch.
Cân 1,0 gam than hoạt tính AC2 vào bình tam giác 250 ml chứa 100 ml dung dịch Methyl đỏ với các nồng độ ban đầu khác nhau (5, 10, 20, 30, 50, 70, 100 mg/l) tại pH của dung dịch bằng 2 đem lắc trong thời gian 60 phút. Để lắng 20 phút, gạn bỏ than, điều chỉnh pH dung dịch về 4, đem đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ Methyl đỏ còn lại trong dung dịch. Kết quả đƣợc thể hiện trên hình 3.7 :
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của nồng độ metyl đỏ ban đầu đến khả năng hấp phụ Nồng độ đầu
Methyl đỏ 5 10 20 30 50 70 100
AC0
ABS 0,011 0,048 0,104 0,438 0,308 0,640 1,186 CS (mg/l) 0,09 0,50 1,12 4,78 10,07 21,00 39,00 Q (mg/g) 0,491 0,950 1,888 2,522 3,993 4,900 6,100 Cs/q 0,183 0,526 0,593 1,895 2,522 4,285 6,393
AC1 ABS 0,011 0,011 0,021 0,084 0,219 0,460 1,014
CS (mg/l) 0,09 0,09 0,21 0,89 2,38 5,03 11,12 Q (mg/g) 0,491 0,991 1,979 2,911 4,762 6,497 8,888 Cs/q 0,183 0,091 0,106 0,305 0,499 0,774 1,251
AC2
ABS 0,011 0,044 0,103 0,351 0,681 0,459 0,821 CS (mg/l) 0,09 0,45 1,10 3,82 7,45 15,03 26,98 Q (mg/g) 0,491 0,955 1,890 2,618 4,255 5,497 7,302 Cs/q 0,183 0,471 0,582 1,459 1,751 2,734 3,694
Từ kết quả trên bảng 3.7 chúng tôi dựng đồ thị theo phương trình Langmuir biến đổi (2-7). Đồ thị có dạng đường thẳng tuyến tính như trên hình 3.16, 3.17, 3.18. Từ đồ thị này xác định đƣợc tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu thông qua hệ số góc:
Suy ra: q tg 1
max
Hình 3.16 Sự phụ thuộc CS/q vào CS đối với metyl đỏ của than hoạt tính AC0 Tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính đối với metyl đỏ là
g tg mg
q 6 . 41 /
156 . 0
1 1
max
Hình 3.17 Sự phụ thuộc CS/q vào CS đối với metyl đỏ của than hoạt tính AC1 Tải trọng hấp phụ cực đại của than hoạt tính biến tính trong dung dịch HNO3 đối với metyl đỏ là
Hình 3.18 Sự phụ thuộc CS/q vào CS đối với metyl đỏ của than hoạt tính AC2
g tg mg
q 9 . 80 /
102 . 0
1 1
max
Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu AC2 đối với metyl đỏ là g
tg mg
q 7.94 /
126 . 0
1 1
max
Dựa vào giá trị tải trọng hấp phụ Methyl đỏ của các loại vật liệu ta nhận thấy rằng, than hoạt tính sau khi đƣợc biến tính bằng các tác nhân oxi hóa (dung dịch HNO3 2M, H2O2 10%) có khả năng hấp phụ tốt hơn. Trong đó than đƣợc oxi hóa bằng dung dịch HNO3 2M có khả năng hấp phụ tốt hơn so với than khi đƣợc biến tính bằng dung dịch H2O2 10%. Chứng tỏ dung dịch HNO3 2M đã mang đƣợc các nhóm – COOH lên trên bề mặt than hoạt tính và khiến cho bề mặt phân cực hơn, tăng khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Methyl đỏ.