Để thu được cỏc dữ liệu về kớch thước và sự sắp xếp hỡnh học của bề mặt vật liệu hấp phụ, chỳng tụi tiến hành chụp bề mặt của vật liệu trờn kớnh hiển vi điện tử quột JFM-5410 LV của hóng YEOL - Nhật bản tại trung tõm khoa học Vật liệu – khoa Vật lớ – ĐHKHTN.
Hỡnh 3.11: Ảnh SEM của mẫu vật liệu hỗn hợp oxit Fe – Mn trước khi hấp phụ
Qua cỏc hỡnh ảnh trờn cho thấy rằng vật liệu Fe – Mn cú cấu trỳc vụ định hỡnh và được tập hợp bởi cỏc hạt cú kớch thước cỡ nm và điều này làm cho vật liệu cấu trỳc xốp. Do đú chỳng cú thể hấp phụ cỏc ion dễ dàng.
3.2.1.3.Xỏc định diện tớch bề mặt riờng( BET) của vật liệu
Diện tớch bề mặt và đường kớnh lỗ xốp là cỏc yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ kim loại của vật liệu. Mẫu vật liệu đó được gửi đo tại phũng thớ nghiệm lọc Hoỏ dầu & Vật liệu xỳc tỏc – Khoa cụng nghệ hoỏ học - Trường ĐHBK Hà nội. Kết quả chỉ ra tại bảng 3.15:
Bảng 3.15: Một số thụng số vật lý của vật liệu Thụng số Giỏ trị Diện tớch bề mặt ( m2 /g) 327,529 Thể tớch lỗ xốp ( cm3 /g) 0,297 Đường kớnh lỗ xốp(A0 ) 36,305
Kết quả chỉ ra tại bảng 3.14 cho thấy rằng vật liệu cú diện tớch bề mặt tương đối lớn và điều này thuận tiện cho khả năng hấp phụ ion của vật liệu
3.2.2. Nghiờn cứu khả năng hấp phụ As(III) và As(V) của vật liệu theo phƣơng phỏp tĩnh phƣơng phỏp tĩnh
3.2.2.1. Khảo sỏt ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Sau khi tiến hành khảo sỏt ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu chỳng tụi thu được kết quả sau:
Kết quả được chỉ ra ở bảng 3.16, hỡnh 3.13:
Bảng 3.16: Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
pH
As(III) As(V)
Co(mg/l) Ce(mg/l) q(mg/g) Co(mg/l) Ce(mg/l) q(mg/g)
4,00 20 3,90 16,10 20 2,35 17,65 5,00 20 3,50 16,50 20 1,85 18,15 6,00 20 2,90 17,10 20 1,65 18,35 6,50 20 2,88 17,12 20 1,62 18,38 7,00 20 2,84 17,16 20 1,60 18,40 7,50 20 3,05 16,95 20 2,32 17,68 8,00 20 4,42 15,58 20 3,06 16,94 10,0 20 6,75 13,25 20 4,64 15,36
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 1 3 5 7 9 11 pH q (m g /l ) q ( mg/ g) As( III) q ( mg/ g) As ( V)
Hỡnh 3.12: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu
Dung lượng hấp phụ được tớnh theo cụng thức: q =
V m C C e . 0 Trong đú: q: Dung lượng hấp phụ (mg/g)
C0, Ce: Nồng độ ban đầu và nồng độ cõn bằng của chất bị hấp phụ (mg/l) V: Thể tớch dung dịch (l)
m: Khối lượng chất hấp phụ (g)
* Nhận xột: Từ kết qủa thực nghiệm ta thấy khả năng hấp phụ đối với As(V) và As(III) của vật liệu bị ảnh hưởng rừ rệt bởi pH dung dịch. Vỡ trong khoảng pH = 4-10 As(V) tồn tại chủ yếu dạng H2AsO4- và HAsO42-. Ở điều kiện pH thấp bề mặt chất hấp phụ bị proton húa mang điện tớch dương nờn cú khả năng hấp phụ asen mang điện tớch õm. Cũn ở pH >7 bề mặt chất hấp phụ tớch điện õm nờn khả năng hấp phụ giảm.
Trong khoảng pH=6-7,5 Asen bị hấp phụ khỏ tốt và hấp phụ tốt nhất ở pH = 7. Trong khoảng pH từ 7 - 10 khả năng hấp phụ Asen của vật liệu giảm rừ rệt.
* Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Asen của vật liệu cú thể giải thớch như sau: -12 -8 -4 0 4 8 12 16 20 24 0 2 4 6 8 10 12 14 1 1 4 5 3 Fe(0H)2+ Fe3+ Fe2+ Fe(0H)+ Fe(0H)- 4 Fe(0H)+ 2 Fe(0H)0 3 -10 -5 0 5 10 0 2 4 6 8 10 pH pE pH H As03 4 H As02 4 HAs04 H As03 3 AsS(s) H2 AsS2 H As02 3 02 - 2- - Hỡnh 3.13: Cỏc dạng tồn tại của hợp chất sắt ở pH khỏc nhau
Hỡnh 3.14: Cỏc dạng tồn tại của Asen theo pH
Quỏ trỡnh hấp phụ phụ thuộc chủ yếu vào bản chất bề mặt chất hấp phụ cũng như bản chất của chất bị hấp phụ. Quỏ trỡnh hấp phụ As(III) bởi vật liệu xảy ra như sau: trước hết As(III) được oxi hoỏ lờn As(V) bằng MnO2 H3AsO3+MnO2
H3AsO4 + Mn2O3
Mn2O3 chuyển lại thành MnO2 bởi oxi khụng khớ: Mn2O3+ O2(kk) 2MnO2
Sau đú As(V) được hấp phụ trờn bề mặt vật liệu. Từ hỡnh 3.14 chỳng ta thấy trong khoảng pH = 6-9 As(V) tồn tại chủ yếu ở dạng H2AsO4- và HAsO42-, nờn khả năng hấp phụ As(V) của vật liệu được quyết định bởi dạng tồn tại của sắt hidroxit, ở pH = 6-7,5 sắt tồn tại chủ yếu dạng cation Fe(OH)2+ nờn chỳng cú khả năng hỳt cỏc anion H2AsO4-
và HAsO42- thuận lợi quỏ trỡnh hấp phụ. Khi tăng pH lờn cao (pH>7), sắt tồn tại chủ yếu ở cỏc dạng Fe(OH)30
, Fe(OH)4-, cũn As(V) vẫn tồn tại chủ yếu ở dạng HAsO42-, chỳng cựng tớch điện õm và đẩy lẫn nhau làm giảm khả năng hấp phụ Asen trờn bề mặt vật liệu hấp phụ. Theo xu hướng này,
trong mụi trường kiềm khả năng hấp phụ As(V) sẽ giảm mạnh, chỳng tụi đó tận dụng đặc điểm này để giải hấp Asen bằng dung dịch NaOH.
Vậy tại giỏ trị pH = 7 thỡ khả năng hấp phụ Asen của vật liệu là tốt nhất. do đú ở cỏc thớ nghiệm tiếp theo chỳng tụi chọn mụi trường hấp phụ là mụi trường trung tớnh.