2. Một số phƣơng pháp phân tích và xử lý asen
4.2.Phân loại quá trình hấp phụ
Tùy theo bản chất của lực tƣơng tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà ngƣời ta phân ra thành hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
+) Hấp phụ vật lý đƣợc gây ra bởi lực Vandecvan giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Liên kết trong hấp phụ vật lý thƣờng yếu và dễ bị phá vỡ.
+) Hấp phụ hóa học đƣợc tạo nên do ái lực hóa học giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Liên kết trong hấp phụ hóa học bền và khó bị phá vỡ hơn hấp phụ vật lý.
Để phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học ngƣời ta đƣa ra một số tiêu chuẩn sau:
- Nhiệt hấp phụ: đối với hấp phụ vật lý nhiệt tỏa ra là 2-4 kcal/mol còn với hấp phụ hóa học, lƣợng nhiệt tỏa ra thƣờng lớn hơn 22 kcal/mol. Do đó hấp phụ vật lý thƣờng xảy ra ở nhiệt độ thấp còn hấp phụ hóa học xảy ra ở nhiệt độ cao hơn.
- Tốc độ hấp phụ: hấp phụ vật lý không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do đó nó xảy ra nhanh hơn, ngƣợc lại hấp phụ hóa học xảy ra chậm hơn.
- Tính đặc thù: Hấp phụ vật lý ít phụ thuộc vào bản chất hóa học còn hấp phụ hóa học đòi hỏi phải có ái lực hóa học, do đó hấp phụ hóa học mang tính đặc thù rõ rệt.
- Hấp phụ vật lý có thể là đơn lớp hay đa lớp, còn hấp phụ hóa học chỉ là hấp phụ đơn lớp.
4.3.Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp phụ từ dung dịch lên bề mặt chất rắn.
- Ảnh hƣởng của dung môi: Hấp phụ trong dung dịch là hấp phụ cạnh tranh, nghĩa là chất tan hấp phụ càng mạnh thì dung môi hấp phụ càng yếu và ngƣợc lại. Vì vậy, đối với sự hấp phụ chất tan từ dung dịch thì dung môi là nƣớc sẽ tốt hơn so với dung môi hữu cơ.
- Ảnh hƣởng của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ: Thông thƣờng các chất phân cực dễ bị hấp phụ lên bề mặt phân cực, ngƣợc lại các chất không phân cực lại dễ hấp phụ lên bề mặt không phân cực. Khi giảm kích thƣớc lỗ mao quản trong chất hấp phụ thì sự hấp phụ từ dung dịch thƣờng tăng lên nhƣng chỉ trong chừng mực kích thƣớc lỗ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
mao quản không cản trở sự đi vào của phân tử chất bị hấp phụ. Nếu kích thƣớc lỗ mao quản của chất hấp phụ bé hơn kích thƣớc phân tử của chất bị hấp phụ thì sự hấp phụ bị cản trở hoặc không xảy ra. Dung lƣợng hấp phụ cũng phụ thuộc vào diện tích bề mặt của chất hấp phụ. Diện tích bề mặt của chất hấp phụ càng lớn, chất tan lƣu lại trên bề mặt chất hấp phụ càng nhiều. Nhƣ vậy, độ xốp và diện tích bề mặt của vật liệu hấp phụ là các yếu tố vật lý quan trọng trong quá trình hấp phụ.
- Ảnh hƣởng cảu nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng, sự hấp phụ trong dung dịch thƣờng giảm. Tuy nhiên, đối với cấu tử hòa tan hạn chế, khi tăng nhiệt độ, độ tan tăng lên thì khả năng hấp phụ cũng có thể tăng lên, vì nồng độ của nó trong dung dịch tăng lên.
4.4.Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir[22]
Phƣơng trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:
qe =
Trong đó: qe: Độ hấp phụ riêng, là số mg chất bị hấp phụ trên 1 gam chất hấp phụ ở thời điểm cân bằng (mg/g).
qmax: Dung lƣợng hấp phụ cực đại (mg/g).
Ce : Nồng độ chất bị hấp phụ tại thời điểm cân bằng (µg/l) B : Hằng số Langmuir.
C0 : Nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (µg/l). m : khối lƣợng chất hấp phụ (g).
V : thể tích dung dịch chất bị hấp phụ (L).
Từ thực nghiệm, ta xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào Ce ta sẽ xác định đƣợc hằng số b và dung lƣợng hấp phụ cực đại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
4.5.Giới thiệu về vật liệu hấp phụ đá ong và khả năng hấp phụ đá ong với Asen.
- Đá ong ( laterite ) là một khoáng chất phổ biến và có trữ lƣợng lớn tại nƣớc ta, đặc biệt ở vùng giáp ranh giữa đồng bằng và miền núi, những nơi có sự phong hóa quặng chứa sắt và các dòng nƣớc ngầm có chứa oxi hòa tan. Do nƣớc ta nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa nên nguồn đá ong rất phong phú. Cụ thể, ở miền Bắc, đá ong có nhiều ở các tỉnh đồng bằng nhƣ: Phú Thọ, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang… ngoài ra ở các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An cũng có trữ lƣợng đá ong lớn.
Từ xa xƣa, đá ong thƣờng đƣợc sử dụng để làm vật liệu xây dựng. Tại các vùng khai thác đá ong, có tới hơn 90% lƣợng đá ong đƣợc sử dụng làm vật liệu xây dựng trong gia đình.
Đã có rất nhiều tài liệu nói về đá ong, và có rất nhiều ý kiến khác nhau về nguồn gốc hình thành đá ong. Nhƣng đa số các tác giả đồng tình rằng đá ong hình thành là do các oxit sắt theo các mạch nƣớc ngầm di chuyển từ những nơi khác nhau đến và cũng do sự ngấm dần các oxit sắt từ tầng đất trên xuống phía dƣới. Do sự thay đổi mực nƣớc ngầm trong đất, kết hợp với quá trình oxi hóa làm cho đất bị khô lại và kết cấu thành đá ong.
Đá ong có thể hiểu là tầng phong hóa ở những miền nhiệt đới. Trong đá ong có chứa nhiều nguyên tố nhƣ Fe, Al, Si, các kim loại kiềm, kiềm thổ, ngoài ra còn có lƣợng nhỏ các kim loại nhƣ Cr, V, Ti…Các tầng phong hóa này có thể chặt cứng nhƣ tảng đá, nhƣng khi ở trạng thái phân bố tự nhiên chúng lại rất mền có thể cắt đƣợc bằng dao kéo. Ở những nơi trồi lên bề mặt thì các tầng đá ong mền sẽ bị đông cứng lại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Do có chứa nhiều oxit nhôm, sắt, silic và có nhiều đặc tính hấp phụ tốt nhƣ: độ xốp tƣơng đối cao, bề mặt riêng lớn …. Các hợp chất Fe2+
trong nƣớc đƣợc oxi hóa thành Fe3+ , các hợp chất Fe3+ bị thủy phân và kết tủa thành Fe(III)hidroxit, cộng kết với asen, làm giảm đáng kể hàm lƣợng asen trong nƣớc. Điều này chứng tỏ khả năng hấp phụ tốt asen của các khoáng vật chứa sắt. Khả năng hấp phụ asen của hợp chất nhôm nhỏ hơn so với hợp chất của sắt.
Chính vì những lý do này, mà chúng tôi chọn đá ong làm vật liệu hấp phụ để xử lý asen trong khóa luận này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 2
THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP 1.Thiết bị, dụng cụ và hóa chất
1.1.Thiết bị và dụng cụ
- Máy đo quang UV – 1650 PC. - Máy cất nƣớc cất 2 lần.
- Cân phân tích có độ chính xác 0,01 mg : Srtocius – Thụy Sĩ. - Máy li tâm, bể rung siêu âm.
- Tủ sấy, lò nung, tủ hút, máy hút chân không, bếp khuấy từ.
- Để quan sát bề mặt vật liệu chúng tôi sử dụng kính hiển vi điện tử quét SEM tại trung tâm Vật Liệu Khoa Vật Lý – ĐH Khoa Học Tự Nhiên.
- Để xác định thành phần cấu trúc của đá ong chúng tôi xác định bằng phƣơng pháp EDX tại Viện Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam.
- Bình định mức : 500 ml, 250 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml. - Cốc thủy tinh : 500 ml, 250 ml, 100 ml, 50 ml, 25 ml. - Pipet các loại : 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10ml, 20 ml, 25 ml. - Đũa thủy tinh, giấy lọc, bình tia, ống đong.
- Phễu lọc băng xanh, phễu thủy tinh, chỉ thị pH, cối sứ. - Cuvet thủy tinh.
- Các bình PVE, chai thủy tinh tối màu.
- Bình đựng mẫu, rây cỡ hạt < 0,6 mm và rây cỡ hạt > 1,2 mm.
Tất cả các dụng cụ dùng để phân tích đều đƣợc ngâm bằng HNO3 10% trong 24 giờ, sau đó đƣợcc rửa sạch và tráng bằng nƣớc cất hai lần.
1.2.Hóa chất
- Axit H2SO4 2,5M - Axit HCl 37%
- Zn hạt hoặc Zn bột sạch không chứa Asen. - Dung dịch As (III) chuẩn 1000 ppm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
- Thuốc thử Bạc đietylđithiocacbamat (AgDDC) - Asen (III) oxit As2O3
- Dung dịch KI 10 %
- Dung dịch FeCl2 pha từ FeCl2.4H2O
- Dung dịch Pd(NO3)2 , dung dịch Iốt, dung dịch hồ tinh bột. - Dung dịch Pb(CH3COO)2
- Dung dịch SnCl2
- Nƣớc cất 1 lần, nƣớc cất 2 lần