7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.2.2.4. Ứng dụng bentonit biến tính hấp phụ loại bỏ phốtpho trong nước
Bentonit là khoáng đất sét có sẵn và chi phí thấp. Bề mặt bentonit mang điện tích âm cao thường được cân bằng bằng cation kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ (tiêu biểu là Na+ và Ca2+). Những cation này có thể được thay thế bằng polycation hyđroxyl kim loại vô cơ đóng vai trò trụ chống làm tăng khoảng cách lớp xen giữa bentonit. Nhiều polycation hyđroxyl kim loại vô cơ được sử dụng bao gồm Al [64], Zr [39, 79], Fe [158], Cr [137], Ti [69] và Ga [39] được sử dụng nhiều trong thời gian qua. Một trong những polycation được nghiên cứu nhiều nhất là hydroxyl- aluminum (ion Keggin), thành phần hoá học và cấu trúc đã được xác định rõ ràng [38]. Nhiều bentonit chống vô cơ đã được điều chế và sử dụng loại bỏ các kim loại
nặng [149], thuốc nhuộm [158], khí [32] và các chất gây ô nhiễm môi trường khác [65, 135].
Ngược lại với các nghiên cứu phong phú dành cho sự hấp phụ phốtpho trên các vật liệu có chi phí thấp và điều chế bentonit chống làm chất hấp phụ và xúc tác, có một số nghiên cứu sử dụng bentonit chống để loại bỏ phốtpho trong dung dịch nước. Zhu và Zhu [161] tổng hợp vô cơ – hữu cơ bentonit (IOBs) bằng cách xen giữa bentonit với CTMAB và hyđroxyl-nhôm để nghiên cứu và đồng thời khảo sát tính chất hấp phụ hợp chất hữu cơ và phốtphat. Họ phát hiện rằng hiệu quả loại bỏ phốtphat của IOBs cao hơn hyđroxyl –nhôm chống bentonit. Kasama [57] cho thấy hấp phụ phốtphat trên Al chống smectit có liên quan chặt chẽ đến nhóm OH của Al bó, nhưng ít liên quan hơn đến các loại ion phốtphat trong dung dịch nước.
Haghseresht [51] sử dụng lantan biến tính bentonit (Phoslock) để loại bỏ phốtphat trong nước thải. Tác giả cho thấy Phoslock có khả năng hấp phụ phốtphat cao. pH và nhiệt độ có ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ. Khi pH tăng lên trên 7 thì dung lượng hấp phụ giảm là do mất tâm La3+ hoạt động bởi quá trình thuỷ phân. Đồng thời khi ở pH cao, nồng độ ion HPO4- giảm, điều này cho thấy là ion đihyđrophốtphat có ái lực lớn với bề mặt khoáng sét. Nghiên cứu động học hấp phụ phốtphat chỉ ra bản chất của quá trình này là hấp phụ hoá học.
Yan và cộng sự [152] đã điều chế Fe/Al-MMT bằng cách khuấy trộn hỗn hợp dung dịch chống Fe/Al với huyền phù bentonit 1% (theo khối lượng), tiến hành khảo sát cấu trúc, hình thái của sản phẩm. Khi đưa polycation Fe/Al vào trong cấu trúc lớp của khoáng sét làm tăng khoảng cách lớp d001 từ 12,6 Å (bentonit nguyên liệu) lên 17,6 Å (Fe/Al-MMT) và diện tích bề mặt BET cũng tăng lên tương ứng từ 31,7 m2/g lên 94,6 m2/g. Nghiên cứu khả năng hấp phụ phốtphat cho phép loại bỏ hơn 80% phốtphat trong nước trong 1 giờ. Tốc độ hấp phụ phốtphat trên chất hấp phụ phù hợp tốt với mô hình tốc độ hấp phụ biểu kiến bậc 2 với hệ số tương quan
R2 là 0,99. Tính toán các thông số nhiệt động của quá trình hấp phụ là thu nhiệt và tự xảy ra trong tự nhiên [152].
Trong nghiên cứu của Tian [132], tác giả quan sát thấy rằng LaAl-PILC có đặc tính quan trọng là tính chất hấp phụ loại bỏ phốtphat trong nước. LaAl-PILC đã chứng tỏ được khả năng loại bỏ phốtphat trong nước cao hơn so với Al-PILC. Tác giả áp dụng mô hình mô tả hấp phụ phù hợp cho đường đẳng nhiệt hấp phụ được sắp xếp theo thứ tự sau: Freundlich > Langmuir > Temkin.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU