2.3.2.1.Chuẩn bị, biến tính và hoạt hóa vật liệu
Các vật liệu tự nhiên (nh− đo nêu trong mục 1.2), mặc dù về bản chất, là những chất có khả năng hấp phụ tốt một số chất cụ thể nào đó. Tuy nhiên, do nằm
trong tự nhiên nên th−ờng bị nhiễm bẫn và lẫn tạp chất nên hoạt tính hấp phụ thấp. Mặt khác, để có thể sử dụng hiệu quả và dùng đ−ợc trong công nghiệp, các vật liệu này cần phải đ−ợc xử lý (biến tính) làm tăng đồ bền cơ học, độ mài mòn, chịu đ−ợc những thay đổi trong điều kiện phản ứng (ví dụ pH), …
Các vật liệu tr−ớc khi đ−a biến tính (đôi khi các công đoạn này có thể thực hiện sau biến tính) th−ờng đ−ợc rửa, sấy, gio, sàng rây lấy kích th−ớc nh− mong muốn.
Các vật liệu laterit, bentonit và bùn đỏ sử dụng trong nghiên cứu tr−ớc khi đ−a biến tính đ−ợc gio nhỏ, rây lấy kích th−ớc 0,5-1,0 mm; sau đó đem sấy khô ở nhiệt độ 105oC và bảo quản trong bình hút ẩm.
Các ph−ơng pháp biến tính/hoạt hóa vật liệu th−ờng đ−ợc dùng là:
- Hoạt hóa bằng nhiệt
Nguyên tắc của ph−ơng pháp này là dùng nhiệt để tách n−ớc liên kết ra khỏi mạng l−ới tinh thể của đất sét và đốt cháy các chất bẩn, chất mùn trong đó, đồng thời làm rạn nứt một phần các tinh thể để tạo thành trong mạng l−ới đất sét những khe ronh nhằm làm tăng bề mặt và tăng độ xốp. N−ớc liên kết bắt đầu bị tách ra ở ngay nhiệt độ thấp (~110o) và đến khoảng 200o thì có thể tách ra hoàn toàn[8].
- Hoạt hóa bằng axit vô cơ
Đây là ph−ơng pháp hoạt hóa bentonit hiệu quả nhất nên th−ờng đ−ợc sử dụng một cách rộng roi trong thực tế. Một số axit vô cơ thông dụng hay đ−ợc sử dụng: HCl, HNO3, H2SO4.
* Hoạt hóa bentonit
Sử dụng ph−ơng pháp hoạt hóa bằng nhiệt kết hợp với hoạt hóa axit, theo quy trình sau:
- Sử dụng axit HCl 5% trộn với vật liệu khô theo tỷ lệ rắn : lỏng = 1 : 5, đun ở 70oC trên máy khuấy từ, tốc độ khuấy 400vòng/phút trong thời gian 4h.
- Hỗn hợp thu đ−ợc đem lọc thu lại phần chất rắn bằng máy lọc hút chân không và rửa sạch axit.
- Mang phần vật liệu thu đ−ợc đi nung ở nhiệt độ 400oC trong vòng 4h, thu đ−ợc bentonit biến tính.
Vật liệu đ−ợc kí hiệu VL1.
* Biến tính bùn đỏ
Bùn đỏ khô (đo trung hòa hết kiềm d−) sau khi thu kích th−ớc hạt 0,5-1,0 mm đ−ợc cho thêm n−ớc cất tạo thể nhoo. Tiếp đó, bổ sung dung dịch NaOH để nồng độ kiềm d− trong bùn nhoo đạt khoảng 11%. Khối hỗn hợp này đ−ợc đun cách thủy trong 24h nhằm tạo hệ vật liệu đa oxit. Sau khi đun cách thủy, lấy đ−a đi rửa lại bằng n−ớc cất đến khi dung dịch có pH ~7, lọc qua giấy lọc và đem sấy khô ở 115oC.
Vật liệu đ−ợc kí hiệu VL2
* Hoạt hóa laterit
- Laterit sau khi thu lấy kích th−ớc 0,5-1,0 mm đem biến tính nhiệt ở 900oC trong vòng 2h.
- Sử dụng ph−ơng pháp đồng kết tủa để đ−a hỗn hợp Fe(OH)3 va MnO2 lên laterit. Cách mang Fe(OH)3 + MnO2 / laterit nh− sau:
+ Cân 100g laterit cho vào cốc thủy tinh dung tích 500ml. Đổ chậm, đồng thời khuấy đều trên máy khuấy từ trong khi trộn lẫn 2 dung dịch KMnO4 0,015M và FeSO4.7H2O 0,045M. Thể tích mỗi dung dịch trên đ−ợc dùng là 100ml.
+ Khuấy đều và chậm hỗn hợp trong vòng 1h, sau đó nhỏ từ từ dung dịch NaOH 5M cho tới khi trong cốc xuất hiện hệ keo mầu nâu đỏ là đ−ợc.
+ Cho bay hơi để làm mất n−ớc và chuyển dạng sol thành hệ gel ở nhiệt độ ban đầu là 70oC và sau đó là 105oC trong vòng 8h.
2.3.2.2. Quy trình thí nghiệm
* Thí nghiệm theo mẻ/bể (ph−ơng pháp tĩnh)
Mục đích của thí nghiệm nhằm xác định đ−ợc thời gian đạt cân bằng hấp phụ tcb. , pH tối −u cho quá trình hấp phụ, l−ợng chất hấp phụ và nồng độ amoni thích hợp cho việc loại bỏ tốt nhất. Các thông số này rất quan trọng trong thiết kế hệ thống xử lý n−ớc thải vì nó quyết định tới thời gian l−u n−ớc và thể tích của bể phản ứng.
- Khảo sát khả năng hấp phụ amoni của các vật liệu
Quy trình:
Hình 6: Mô tả quy trình thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ amoni của vật liệu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với mỗi loại vật liệu, tiến hành thí nghiệm nh− sau: chuẩn bị mẫu gồm 1g vật liệu + 100ml dung dịch amoni ở nồng độ 100mg/l. Đem lắc trong thời gian từ 0,5- 4h. Sau khi lắc, lấy ra lọc bỏ phần chất rắn, thu dịch lọc đem phân tích l−ợng amoni còn lại bằng ph−ơng pháp trắc quang với thuốc thử Thymol.
Vật liệu Dung dịch amoni
Lắc
Dung dịch sau lọc Lọc
Phân tích nồng độ amoni còn lại trong
Hình 7: Hệ thống cột lọc
- Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ amoni của vật liệu đ−ợc chọn : cách thức làm nh− trên.
* Thí nghiệm dòng liên tục/cột (ph−ơng pháp động)
- Thiết kế cột hấp phụ : cột hấp phụ dùng trong quy mô phòng thí nghiệm là một cột thuỷ tinh dài 25 cm, đ−ờng kính 1 cm, có van điều chỉnh tốc độ dòng phía d−ới đ−ợc gắn trên một giá đỡ.
- Nghiên cứu xử lý: Dùng mẫu n−ớc pha amoni và mẫu n−ớc thật.
2.3.3.3.Khảo sát khả năng tái sinh vật liệu