3.1. Điểm đẳng điện PZC
Bảng 3.3. Thí nghiệm 1 khảo sát để tìm điểm PZC
Lọ 1 2 3 4 5
pH trước 2.04 5.34 7.65 9.12 12.56 pH sau 4.24 7.34 8.67 9.03 11.83
Bảng 3.4. Thí nghiệm 1 khảo sát để tìm điểm PZC
Lọ 1 2 3 4 5
pH trước 2.05 4 7.34 9.25 10.39 pH sau 3.78 8.83 9.22 9.09 9.81
Từ kết quả thí nghiệm điểm đẳng điện PZC, ta có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của pHi vào ∆pH như hình
dưới đây.
Từ hình bên, cho phép xác định điểm đẳng điện PZC của vật liệu nằm trong khoảng từ pI = 8.5 -9 ( được xác định bằng điểm giao của đồ thị với
trục pH, tương đương ∆pH
bằng 0 hay trung hòa về điện). Từ kết quả về điểm đẳng điện của vật liệu và khi có được giá trị pH của dung dịch nghiên cứu sẽ cho ta biết bề mặt của vật liệu hấp phụ điện tích dương hay âm (khi pH của dung dịch nghiên cứu nhỏ hơn pI thì bề mặt hấp phụ điện tích
dương và ngược lại). ∆
Thí nghiệm 1
3.2. Đường chuẩn phenol
Thực hiện thí nghiệm xây dựng đường chuẩn phenol, ta có bảng kết quả sau đây:
Bảng 3.5. Đo độ hấp phụ Abs của hợp chất phenol
Abs Phenol(mg)Hàm lượng
0 0 0.163 0.0111 0.326 0.0222 0.469 0.0333 0.673 0.0444 0.734 0.0555
Với phương pháp đường chuẩn, số liệu được phân tích và tính toán kết quả nhanh, có thể triệt để các sai số hệ thống, thường được lập trình sẳn trong các phần mềm điều khiển của máy. Sau khi có các số liệu, xử lý thông qua Excel, ta có đồ thị đường chuẩn phenol như hình 3.10.
Hình 3.10. Đường chuẩn phenol
Đường chuẩn tuyến tính với R2= 0.9892 cho phép đo nồng độ của phenol tương
3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ theo nồng độ phenol
Thực hiện các thí nghiệm khảo sát sự hấp phụ phenol theo nồng độ, ta có kết quả như sau
Bảng 3.6. Khảo sát hàm lượng phenol hấp phụ theo nồng độ
Abs Hàm lượng Phenol
(mg) Phenol đã trao đổi(mg)
0.038 0.0021 0.0089
0.137 0.0092 0.0129
0.147 0.0099 0.0233
0.257 0.0178 0.0265
0.360 0.0252 0.0302
Kết quả cho thấy, hàm lượng phenol càng cao thì sự hấp phụ càng nhiều hơn, tuy vậy, ở một nồng độ nhất định quy luật này sẽ không tăng tuyến tính mà đạt đến một giới hạn nhất định gọi là đại lượng bão hòa.
Điều này được giải thích, khi nồng độ phenol tăng thì mật độ ion phenolat càng lớn nên khả năng tương tác lên bề mặt HT càng cao. Tuy nhiên, khi đạt trạng thái hấp phụ bão hòa bề mặt hay nói cách khác, bề mặt Mg-Al đã bão hòa thì quá trình hấp phụ tăng theo nồng độ này sẽ không còn tăng tuyến tính nữa.
3.4. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol theo thời gian
Thực hiện các thí nghiệm khảo sát sự hấp phụ phenol theo nồng độ, ta có kết quả như sau
Bảng 3.7. Khảo sát hàm lượng phenol hấp phụ theo thời gian
Thời gian (h) phenol(mg) Hàm lượng
2 0.0068
5 0.0081
15 0.0079
24 0.0080
48 0.00805
Hình 3.12. Đồ thị theo dõi sự thay đổi của hàm lượng phenol theo thời gian
Kết quả thí nghiệm cho thấy thời gian tiếp xúc càng lâu thì dung lượng hấp phụ càng tăng. Trong đó, quá trình hấp phụ diễn ra chủ yếu trong 8h đầu khi lượng phenol bị hấp phụ đạt đến 60-70 % trong khoảng thời gian này. Đặc biệt, tốc độ hấp phụ phenol trên bề mặt vật liệu ở tất cả các nồng độ khảo sát đều tăng rất nhanh, sau đó tốc độ này không tăng đáng kể trong 48h tiếp theo. Điều này là do trong giai đoạn đầu, số lượng lỗ trống khá lớn trên bề mặt vật liệu nên phenol dễ dàng bị hấp phụ trên vật liệu. Quá trình hấp phụ diễn ra liên tục, kết quả là các phân tử phenol dần lấp đầy các khoảng trống trên vật liệu nên càng về sau tỉ lệ hấp phụ ngày càng giảm cho đến khi
dung lượng hấp phụ không tăng hoặc tăng rất ít, quá trình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng sau khoảng 48h.
3.5. Khảo sát khả năng hấp phụ phenol theo pH
Bảng 3.8. Thí nghiệm 1 khảo sát theo pH
pH Hàm lượng phenol (mg)
4.52 0.089
8.01 0.129
10.32 0.136
Bảng 3.9. Thí nghiệm 2 khảo sát theo pH
pH Hàm lượng phenol (mg)
3.02 0.064
8.07 0.107
12.32 0.390
hợp với kết quả nghiên cứu điểm đẳng điện PZC của vật liệu HT đã nêu trên.
3.6. Nghiên cứu động học hấp phụ3.6.1. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir 3.6.1. Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Thực hiện các thí nghiệm khảo sát sự hấp phụ phenol theo nồng độ, ta thu được kết quả hàm lượng phenol hấp phụ như trong bảng dưới đây:
Bảng 3.10. Kết quả khảo sát xây dựng đường chuẩn
Abs Hàm lượng Phenol (mg)
0.026 0.0012
0.034 0.0018
0.135 0.0090
0.289 0.0201
0.363 0.0254
Khả năng hấp phụ phenol theo pH được thể hiện rõ rệt trong bảng 3.8 và 3.9, cho thấy điều kiện tốt để thực hiện quá trình hấp phụ là khoảng từ 3- 7.
Điều này cho thấy, khi pH < PZC thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương dẫn đến việc hấp phụ trao đổi anion của vật liệu sẽ trở nên dễ dàng hơn do tương tác mạnh của lực culong. Điều này hoàn toàn phù
Từ bảng số liệu ta có đường đẳng nhiệt Langmuir
Hình 3.13. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir
Theo đồ thị trên, ta tính được
max 303.03( ) g mol q = 11.1 1.2394 98.6060 0.0932 1.9939 0.0125 22.2 1.8146 203.8540 0.2587 2.3093 0.0089 33.3 9.0765 242.2350 0.9579 2.3842 0.0374 44.4 20.1491 242.5090 1.3042 2.3847 0.0830 55.5 25.4697 300.3030 1.4060 2.4775 0.0848 = 0.0033 =>
Vậy, phương trình đẳng nhiệt có dạng :
= 303.03 Ce + 0.485
Qua phương trình đẳng nhiệt Langmuir mô tả khá chính xác sự hấp phụ của
phenolat lên bề mặt HT. Điều này được thể hiện qua hệ số tương quan R2 = 0.975 của
phương trình hồi quy rất cao. Điều này cũng chứng tỏ phenolat được hấp phụ vật lý đơn lớp trên HT.
3.6.2. Đường chuẩn Freundlich
Tương tự với thí nghiệm khảo sát trên, ta có kết quả các thông số hấp phụ sau:
Bảng 3.12. Các thông số hấp phụ Freundlich Log Ce Log q 0.09 1.9939 0.2587 2.3093 0.9579 2.3842 1.3042 2.3847 1.4060 2.4775
Hình 3.14. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
Từ đồ thị ta có,
0.4781 => n = 2.092
Log KF = 1.7511 => KF = 56.38 Vậy phương trình ta có là: q = 56.38C0.4781
Dựa vào các thông số của hai phương trình ta thấy, phương trình Langmuir mô tả rất gần với thực nghiệm, trong khi Freundlich khác biệt nhiều so với thực nghiệm.
Đồng thời, độ chính xác của đường Langmuir với hệ số tương quan R2= 0.9726
và đường Freundlich là R2 = 0.7017 do đó, phương trình Langmuir có độ tin cậy cao
hơn nên ta chọn mô hình Langmuir để mô tả thực nghiêm sẽ thích hợp hơn so với phương trình Freundlich.
Như vậy quá trình hấp phụ anion C6H5O- trên vật liệu HT chủ yếu là quá trình hấp phụ vật lý trên bề mặt và trao đổi với ion axetat bên trong các lớp cấu trúc của HT. Hấp phụ có bản chất hoá học trao đổi anion xảy ra kém hơn. Những anion xen c ài này có kích thước nhỏ hơn kích thước của ion phenolat, vì vậy khả năng trao đổi ion phenolat khó khăn hơn lực tương tác tĩnh điện và lực Van der Val trên bề mặt vật liệu.
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1 Kết luận
Qua thời gian tiến hành thực nghiệm tổng hợp vật liệu Hydrotalcite và nghiên cứu ứng dụng vật liệu này hâp phụ hợp chất phenol trong nước, tôi đã nhận được các kết quả đáng chú ý như sau:
1. Đã tổng hợp được vật liệu Hydrotalcite Mg- Al ( tỷ lệ Mg/Al =2/1) với nồng
độ Axetat khác nhau theo , nhiệt độ nung 450 0C trong môi trường đồng kết tủa từ các muối kim loại trong môi trường pH= 8-8.5. Kết quả cho thấy, nồng độ axetat có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc vật liệu HT. Theo đó, nồng độ thích hợp nhất để có được cấu trúc chuẩn của HT là khoảng 0.05 – 0.3M.
Đã khảo sát cấu trúc của vật liệu HT bằng các phương pháp vật hóa lý : XRD, IR,PZC cho kết quả chế tạo vật liệu thành công.
2. Đã nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện già hóa liên tục và gián đoạn đến cấu trúc HT. Kết quả cho thấy cấu trúc HT không bị ảnh hưởng bởi quá trình liên tục hay gián đoạn.
3. Đã xác định được điểm đẳng điện PZC của vật liệu trong khoảng 8.5-9. Từ đó cho biết ảnh hưởng của môi trường lên khả năng hấp phụ của phenol của vật liệu, với pH thích hợp trong khoảng từ 3-7.
4. Quá trình hấp phụ phenol trên vật liệu HT là hấp phụ vật lý là chủ yếu và tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir.
4.2 . Kiến nghị
Với những kết quả nghiên cứu được chúng tôi kiến nghị những hướng nghiên cứu tiếp các vấn đề sau:
Nghiên cứu khả năng ảnh hưởng của nhiệt độ nung và điều kiện pH trong quá trình chế tạo vật liệu HT-Axetat.
Đồng thời, có thể tìm hiểu nghiên cứu khả năng cài xen của hydrotalcite với các nguyên tố có khác...
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thị Mai Thơ, Bùi Quang Cư, Bùi Quang Minh, Tăng Bá Quang,
Nguyễn Duy Linh (2008), Loại bỏ Arsenate ion (AsO43-) trong nước bằng hydrotalcite, Tạp chí Hóa học, T. 46, số 2, Trang 107-113..
2. Ngô Cao Định, Nguyễn Thị Linh Châu, Nguy Thị Thanh Nhanh (2010), Vấn đề
ô nhiễm nguồn nước ở Việt Nam hiện nay,Báo cáo thực tập, Đại học Quốc gia TP. HCM.
3. Nguyễn Thị Ngân Hà (2012), Điều chế vật liệu khoáng sét anionic hydrotalcite
làm phụ gia bền nhiệt, đồ án Tốt nghiệp Thạc sĩ, Cần Thơ.
4. Nguyễn Thị Dung (1997), Điều chế xúc tác trên chất mang MgAlO hydrotalcite, Tạp chí Hóa học, T. 35, số 1, Trang 75-78.
5. Nguyễn Thị Dung, Nguyễn Quang Hải, Nguyễn Bá Kiên, Trần Bội An, Nguyễn
Thị Kim Phượng, Lê Thị Quí, Tổng hợp, Đặc trưng cấu trúc của vật liệu
Hydrotalcite MgAl, CaAl và khả năng trao đổi anion, Tạp chí Hóa học, T2, số 1, Trang 1-20,2013.
6. Nguyễn Thị Dung, Lưu Thanh Tòng (2004), “ Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng
vật liệu khoáng sét anion ZnAlO và MgAlO”, Số 2, Tạp chí Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, tr. 42.
7. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước
thải, Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia, NXB Thống Kê.
8. Trần Thị Điệp (2012), Chế tạo vật liệu khoáng sét anion (hydrotalcite) làm
chất mang phân bón và thuốc trừ sâu thân thiện môi trường , Luận văn thạc sỹ Hoá học, Cần Thơ.
9. Huỳnh Thị Dung (2005), Sự hấp phụ Trinitrophenol trên Hydrotalcite, Luận
văn Thạc sĩ Hóa học, ĐH Khoa học tự nhiên TP HCM.
10. Phan Thị Từ ái (2000), Nghiên cứu hoạt tính xúc tác của Hydrotalcite trong
phản ứng chuyển nhượng Hydro giữa Carbonyl và Alcol, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, ĐH Khoa học tự nhiên TP HCM.
11. Nguyễn Quốc Chính, Nguyễn việt Anh (2011), Điều chế Hydrotalcite từ nước
ót và Khảo sát hấp phụ phosphate, Tiểu luận Tốt nghiệp, ĐH Khoa học tự nhiên TP. HCM.
12. Nguyễn Thùy Dương (2008) , Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trên vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ lạc và thăm dò xử lý môi trường, Luận văn Thạc sĩ hóa học, Thái Nguyên.
13. Trần Thị Hương,Tổng hợp và xác định các đặc trƣng của một số hydroxide cấu
trúc lớp kép ứng dụng trong xử lý môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Luận văn Thạc sĩ, 2011.
14. F. Cavani, F. Trifirb, A.Vaccari, Hydrotalcite-Type Anlonlc Clays:
Preparation, Properties And Applications, coldysis T&y, ( 1991 ) 173-301 Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam.
15. Frederick L. Theiss, Godwin A. Ayoko, and Ray L. Frost, Removal of Boron
Species by Layered Double Hydroxides: A Review, School of Chemistry, Physics and Mechanical Engineering, Science and Engineering Faculty, Queensland University of Technology, Brisbane Queensland 4001, Australia.
16. Saadet Yarpar (2003), Hydrotalcite as a Potenial Sorbent for the removal of
2,4- Dichlorophenol, Ege University, Chemical Engineering Department Turkish J. Eng. Env. Sci. 28 (2004) , 41 – 48.
17. H.-W. Olfs, L.O. Torres-Dorante, R. Eckelt, H. Kosslick (2009), Comparison
of different synthesis routes for Mg–Al layered double hydroxides (LDH): Characterization of the structural phases and anion exchange properties, Applied Clay Science, 43, 459–464.
18. Miyata Shigeo (1983), Anion-exchange properties of hydrotalcite-like
compounds, Clays and Clay Minerals, Vol. 31, No. 4, 305-311.
19. Bruna. F, R. Celis, I. Pavlovic, C. Barriga, J. Cornejo, M.A. Ulibarri (2009);
Layered double hydroxits as adsorbents and carriers of the herbicide (4- chloro-methylphenoxy)acetic acid (MCPA): Systems Mg–Al, Mg–Fe and Mg– Al–Fe; Journal of Hazardous Materials 168: 1476–1481.
20. Hydrotalcite as a Potential Sorbent for the Removal of 2,4-Dichlorophenol,
Peter KLAHRE, Erwin KLUMPP Institute of Chemistry and Dynamics of the Geosphere, Institute Agrosphere Research Center Ju¨lich GmbH D-52425 J¨ulich-GERMANY.
21. James Peter Brandy, An examination of the applicability of Hydrotalcite for
Removing Oxalat. Discipline of Chemistry, Faculty of Science and Technology Queensland University of Technology, 2011.
22. Hazel Stephenson, Heather Bradshaw (2006), MEL Chemical Magazines,
23. CUI Zhe, ZHANG Guo-ying and QU Bao-jun, Crystallization Behavior and Thermal Properties of PP/MgAl LDH Nanocomposites Prepared in Non-polar Solution, State Key Laboratory of Fire Science, Department of Polymer Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, P. R. China
24. F. Cavani, F. Trifirb , Hydrotalcite-type anlonlc clays: preparation, properties
and applications, A.Vaccari Dipartimento di Chimica Industriale e dei Materiali Wale de1 Risorgimento 4,40136 BOLOGNA (Italy).
25. F. Thevenot, r. Szymanski, and p.Chaumette,Preparation And Characterization
Of A1-Rich Zn-A1 Hydrotalcite-Like Compounds, Institut Fran~ais du Prtrole, 1 & 4 Avenue de Bois Prrau, B.P. 311 92506 Rueil-Malmaison Cedex, France
26. Saber Osama, Bunpei Hatano and Hideyuki Tagaya (2005); Preparation of
New Layered Double Hydroxit, Co-Ti LDH; Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry 51: 17–25.
27. Stanimirova T. and V. Balek (2008); Characterization of layered double hydroxit Mg-Al-CO3 prepared by re-hydration of Mg-Al mixed oxide; Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 94 2, 477–481.
28. Paredes S. P., G. Fetter, et al. (2006), Sol-gel synthesis of hydrotalcite – like compounds; J Mater Sci 41: 3377-3382.
29. Miyata Shigeo (1983), Anion-exchange properties of hydrotalcite-like
PHỤ LỤC 1. ĐỒ THỊ BIỂU DIỄN ĐƯỜNG CHUẨN PHENOL VÀ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI CỦA HYDROTALCITE
Phụ lục 1.5. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich
PHỤ LỤC 2. PHỔ XRD CỦA CÁC MẪU HYDROTALCITE