- Sử dụng 6 bình định mức 100ml, lập bảng đường chuẩn sau:
3.1.1.2. Đường chuẩn độ màu.
HUTE TE CH [38] 3.1.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ của các vật liệu hấp phụ. Để xác định ảnh hưởng của pH đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ và độ màu của các vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát các giá trị pH từ 1-10 là khoảng pH mà nhiều nghiên cứu trước đó (Nguyễn Thị Hà, 2008; Chinniagounder và công sự, 2011; Nakamurai và cộng sự, 2003, Jinkyu Roh và cộng sự, 2011) cho thấy hiệu quả hấp phụđạt tốt nhất. Trong luận văn này, vật liệu bã cà phê được khảo sát khả năng hấp phụ với mẫu đối chứng là than hoạt tính.
Điều chỉnh pH của nước thải nhân tạo bằng các dung dịch NaOH 0,1N và H2SO4 0,1N.
Các giá trị còn lại cốđịnh như sau:
− Điều kiện nhiệt độ lấy theo nhiệt độ phòng thí nghiệm.
− Thời gian tiếp xúc: 20 phút
− Tốc độ quay của cánh khuấy: 140 vòng/phút
− Liều lượng các vật liệu hấp phụ: 1g/L
− Mẫu nước nhân tạo có
• Cr6+ với nồng độ: 50mg/L.
• Độ màu: tạo mẫu nước nhân tạo có nồng độ 0,2g/l (chứa 0,1g thuốc nhuộm hoạt tính và 0,1g thuốc nhuộm phân tán).
Thời gian 20 phút, tốc độ quay của cánh khuấy 140 vòng/ phút và liều lượng chất hấp phụ 1g/l được chọn cố định trong phần này trên cơ sở 20 phút là khoảng thời gian quá trình hấp phụ cần thiết đạt được ở một số nghiên cứu (Nguyễn Thị Hà và cộng sự, 2008).
Nhóm 1: Dùng than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ Cr6+ và độ màu. (kí hiệu vật liệu: THT)
• Hiệu quả xử lý Cr6+ của than hoạt tính
Kết quả hấp phụ Cr6+ở các giá trị pH khác nhau của than hoạt tính được thể hiện trong đồ thị 3.3 sau:
HU
TE
CH
[39]
Hình 3.3: Hiệu quả xử lý Cr6+ của THT ở các giá trị pH khác nhau, với nồng độ Cr6+ có trong nước thải nhân tạo là 50mg/l, lượng VLHP = 1g/l
• Hiệu quả xử lý độ màu của than hoạt tính
Kết quả hấp phụ màu ở các giá trị pH khác nhau của than hoạt tính được thể
hiện trong đồ thị 3.4 sau:
Hình 3.4: Hiệu quả xử lý màu của THT ở các giá trị pH khác nhau, với nồng độ
màu có trong nước thải nhân tạo là 200mg/l, lượng VLHP = 1g/l
Nhóm 2: Dùng bã cà phê không hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ. (kí hiệu vật liệu: BCFKHH)
HU
TE
CH
[40]
• Hiệu quả xử lý Cr6+ trong nước thải nhân tạo của vật liệu BCFKHH được biểu diễn trong đồ thị 3.5 sau:
Hình 3.5: Hiệu quả xử lý Cr6+ của BCFKHH ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ Cr6+ có trong nước thải nhân tạo là 50mg/l, lượng VLHP = 1g/l
• Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải nhân tạo của vật liệu BCFKHH được biểu diễn trong đồ thị 3.6 sau:
Hình 3.6: Hiệu quả xử lý màu của BCFKHH ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ màu có trong nước thải nhân tạo là 200mg/l, lượng VLHP = 1g/l
Nhóm 3: Dùng bã cà phê được xử lý với Ethanol và hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ so sánh với than hoạt tính. (kí hiệu vật liệu: BCFHH-E)
HU
TE
CH
[41]
• Hiệu quả xử lý Cr6+ trong nước thải nhân tạo của vật liệu
Hình 3.7: Hiệu quả xử lý Cr6+ của BCFHH-E ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ Cr6+ có trong nước thải nhân tạo là 50mg/l, lượng VLHP = 1g/l
• Hiệu quả xử lý độ màu trong nước thải của vật liệu.
Hình 3.8: Hiệu quả xử lý màu của BCFHH-E ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ màu có trong nước thải nhân tạo là 200mg/l, lượng VLHP = 1g/l
Nhóm 4: Dùng bã cà phê được xử lý với Petroleum Ether và hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ. (ký hiệu vật liệu: BCFHH-PE)
• Kết quả hấp phụ Cr6+ở các giá trị pH khác nhau của BCFHH-PE có thểđược biểu diễn trên đồ thị hình 3.9 như sau:
HU
TE
CH
[42]
Hình 3.9: Hiệu quả xử lý Cr6+ của BCFHH-E ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ Cr6+ có trong nước thải nhân tạo là 50mg/l, lượng VLHP = 1g/l
• Hiệu quả hấp phụ màu ở các giá trị pH khác nhau của BCFHH-PE
được biểu diễn trên đồ thị 3.10 sau:
Hình 3.10: Hiệu quả xử lý màu của BCFHH-E ở các giá trị pH khác nhau, với nồng
độ màu có trong nước thải nhân tạo là 200mg/l, lượng VLHP = 1g/l
Từ các kết quảđược đồ thị hóa qua các hình 3.3; 3.5; 3.7 và 3.9 cho thấy pH
ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả loại bỏ Cr6+ trong nước. Để dễ so sánh, ảnh hưởng của yếu tố pH lên hiệu quả hấp phụ Cr6+ trên tập hợp các loại vật liệu hấp phụ khác nhau có thểđược biểu diễn trên đồ thị hình 3.11 như sau:
HU
TE
CH
[43]
Hình 3.11: Ảnh hưởng của các giá trị pH khác nhau đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ của các vật liệu hấp phụ trong nghiên cứu
Từ đồ thị hình 3.11 có thể thấy: đối với bã cà phê không hoạt hóa thì hiệu quả hấp phụ cao nhất ở pH bằng 4. Với nồng độ Cr6+ ban đầu là 50mg/L, thời gian tiếp xúc 20 phút thì ở pH=4 hiệu quả hấp phụ của bã cà phê không hoạt hóa đạt 32,4%. Đối với bã cà phê xử lý Ethanol hoạt hóa, bã cà phê xử lý Petroleum Ether hoạt hóa và than hoạt tính thì hiệu quả hấp phụ cao nhất ở pH bằng 3 tương ứng đạt 39,42%; 42,83% và 36,7%.
Kết quả nghiên cứu của đề tài này cho thấy ở giá trị pH thấp (3-4) thì quá trình hấp phụ đạt tốt nhất. Điều này cũng được tìm thấy trong kết quả của một số
nghiên cứu trước đó, điển hình như các nghiên cứu của Nhan Hồng Quang (2009), Nguyễn Xuân Trung và cộng sự (2007), M. Dakiky và công sự (2002) đều biểu hiện khả năng loại bỏ Cr6+ của bột xơ dừa, Chitosan biến tính và một số vật liệu hấp phụ
nguồn gốc tự nhiên khác (quả thông, mạt gỗ, vỏ quả hạnh nhân…) đạt được đáng kể
ở khoảng pH thấp.
Theo M. Dakiky, điều này có thể được giải thích là do ở pH thấp (pH=3-4) các tâm hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ bị proton hóa sẽ mang điện tích dương
đồng thời Cr(VI) chủ yếu tồn tại ở dạng phức anion HCrO4- ở khoảng pH này. Do vậy, quá trình hấp phụ xảy ra là do ái lực tĩnh điện xảy ra giữa chất hấp phụ tích
HU
TE
CH
[44]
khi tăng pH (pH>4) là do sự cạnh tranh của nhóm ion Cr(VI) và ion OH- vì khi pH tăng thì nồng độ ion OH- trong nước cũng càng nhiều.
Ở các đồ thị biểu diễn hiệu quả xử lý màu 3.4; 3.6; 3.8 và 3.10 ta nhận thấy pH cũng ảnh hưởng mạnh đến hiệu quả loại bỏ màu trong nước thải, tổng hợp các kết quả xử lý màu ở các giá trị pH khác nhau được biểu diễn ởđồ thị sau:
Hình 3.12: Ảnh hưởng của các giá trị pH khác nhau đến hiệu quả hấp phụ màu của các vật liệu hấp phụ trong nghiên cứu.
Từđồ thị 3.12 ta nhận thấy: đối với cả 3 loại vật liệu khảo sát từ bã cà phê thì hiệu quả loại bỏ màu ở pH = 3 là cao nhất, với nồng độ màu ban đầu là 200mg/l (100mg thuốc nhuộm hoạt tính và 100mg thuốc nhuộm phân tán) thì hiệu quả loại bỏ màu của BCFKHH, BCFHH-E, BCFHH-PE lần lượt là: 27,53%; 41,19%; 50,93% và đối với than hoạt tính pH = 4 có khả năng loại bỏ màu tốt nhất, với hiệu quả là 65,7%, đối với bã cà phê dùng làm vật liệu hấp phụ có thể nhận thấy rằng hiệu quả tăng cao khi vật liệu được xử lý, hoạt hóa, nhưng nếu so với than hoạt tính
được mua ơ ngoài thị trường thì hiệu quả xử lý chưa bằng.
Điều này được Roh và cộng sự, 2011 giải thích là do ở pH > 4 thì lượng phẩm nhuộm bị lọc ra, hấp phụ không xảy ra, lúc đó có thể phải dùng quá trình giải hấp để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ.
HU
TE
CH
[45]
Nhận thấy vật liệu bã cà phê không hoạt hóa khả năng loại bỏ Cr6+ và màu thấp nên những thí nghiệp tiếp theo tác giả loại bỏ vật liệu này, vật liệu kí hiệu BCFHH-E và BCFHH-PE được sử dụng cho các thí nghiệm xác định thời gian tiếp xúc, nồng độ chất ô nhiễm, liều lượng vật liệu hấp phụ, với pH = 3 đã được khảo sát
ở trên.
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ
Đối với các vật liệu hấp phụ khác nhau, thời gian phù hợp trên các đối tượng khác nhau cũng khác nhau. Do đó, để xác định ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả loại bỏ Cr6+ và màu của các vật liệu hấp phụ, tiến hành khảo sát các giá trị
thời gian tiếp xúc: 5 phút, 15 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút. Các giá trị còn lại cốđịnh như sau:
− Liều lượng các chất hấp phụ: 1g/L
− Tốc độ quay của cánh khuấy: 140 vòng/phút
− Mẫu nước nhân tạo có Cr6+ nồng độ: 50mg/L và độ màu 200mg/l (100mg/l thuốc nhuộm hoạt tính, 100mg/l thuốc nhuộm phân tán).
− Giá trị pH=3 (điều chỉnh pH nước thải bằng dung dịch H2SO4 0,1N)
Nhóm 1: Dùng than hoạt tính làm vật liệu hấp phụ
- Kết quả hấp phụ Cr6+ của than hoạt tính ở các thời gian khác nhau được biểu diễn trên đồ thị hình 3.13 như sau:
Hình 3.13: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ của than hoạt tính.
HU
TE
CH
[46]
- Kết quả hấp phụ màu của than hoạt tính ở điều kiện pH đã xác định và các thời gian khác nhau được biểu diễn trong đồ thị hình 3.14 sau:
Hình 3.14: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ màu của than hoạt tính
Nhóm 2: Dùng bã cà phê xử lý bằng Ethanol và được hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ
- Kết quả hấp phụ Cr6+ của bã chè ở các thời gian khác nhau của vật liệu hoạt hóa bã cà phê xử lý bằng ethanol được biểu diễn trên đồ thị hình 3.15 như
sau:
Hình 3.15: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ của bã cà phê xử lý Ethanol, hoạt hóa
HU
TE
CH
[47]
- Kết quả hấp phụ màu trong nước thải nhân tạo ở các thời gian khác nhau của vật liệu được biểu diễn trên đồ thị hình 3.16 sau:
Hình 3.16: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý màu của vật liệu bã cà phê hoạt hóa sau khi xử lý bằng ethanol.
Nhóm 3: Dùng bã cà phê xử lý bằng Petroleum Ether được hoạt hóa làm vật liệu hấp phụ
- Kết quả hấp phụ Cr6+ của vật liệu bã cà phê hoạt hóa xử lý bằng Petroleum Ether ở các thời gian khác nhau được biểu diễn trên đồ thị hình 3.17 như
sau:
Hình 3.17: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ của vật liệu BCFHH-PE
HU
TE
CH
[48]
- Kết quả hấp phụ màu của vật liệu bã cà phê hoạt hóa xử lý bằng Petroleum Ether ở các thời gian khác nhau được biểu diễn trên đồ thị hình 3.16 như sau:
Hình 3.18: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả hấp phụ màu của vật liệu BCFHH-E
Các kết quả qua các hình 3.13;3.15; 3.17; cho thấy thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và nước (chứa Cr6+) cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc lên hiệu quả hấp phụ Cr6+ trên các vật liệu hấp phụ
khác nhau có thểđược tổng hợp lại trên đồ thị hình 3.19 như sau:
Hình 3.19: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến hiệu quả hấp phụ Cr6+ của các vật liệu hấp phụ khác nhau
HUTE TE CH [49] Như vậy, thời gian hấp phụ (Cr6+) của tất cả vật liệu hấp phụ chỉ thực sựđạt hiệu quả đáng kể ở 60 phút, hiệu quả xử lý Cr6+ của vật liệu THT và BCFHH-PE lần lượt là 38,53% và 42,7%, vật liệu bã cà phê hoạt hóa sau khi được xử lý bằng ethanol đạt hiệu quả xử lý tốt nhất ở 30 phút với hiệu quả 40,52%. Ngược lại ở các khoảng thời gian lớn hơn 60 phút là 90 phút và 120 phút, hiệu quả hấp phụ có xu hướng giảm. Ở các khoảng thời gian ngắn hơn như 15 và 30 phút thì hiệu quả xử lý thấp, cả 3 loại vật liệu nghiên cứu có hiệu quả xử lý ở khoảng thời gian này cao nhất là bã cà phê hoạt hóa sau khi xử lý với Petroleum Ether (BCFHH-PE) với 38,2%, trong khi đó Than hoạt tính (THT) chỉđạt 33,17%.
Hình 3.19 cũng cho thấy khả năng tách Cr6+ trong nước của bã cà phê hoạt hóa sau khi được xử lý bằng Petroleum Ether cao hơn hẵn 2 vật liệu kia, điều này
được giải thích là do trong bã cà phê chứ một lượng lớn tinh dầu, khoảng 20% lượng dầu trong bã cà phê có thể dùng làm biodiesel (Chu Thị Bích Phượng và cộng sự, 2011), tinh dầu đã tạo ra màng, ngăn cản sự hấp phụ của bã cà phê, sau khi loại bỏ lượng dầu đó bằng cách ngâm với Petroleum ether thì hiệu quả hấp phụ tăng lên rõ rệt. Thời gian 15 – 30 phút hiệu quả hấp phụ của vật liệu đã hoạt hóa lại không chênh lệch nhiều với vật liệu chưa hoạt hóa. Theo Lê Thanh Hưng (2008), James D. Mc Sweeny (2006), Wayne E. Marshall (2006), điều này được giải thích là do các vật liệu chứa thành phần celluloses với tỷ lệđáng kể nên có khả năng tách các kim loại nặng hòa tan trong nước nhờ vào cấu trúc nhiều lỗ xốp. Các nhóm hydroxyl trên cellulose cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng trao đổi ion của các lignocelluloses. Bản thân các nhóm này có khả năng trao đổi yếu vì liên kết OH ở đây phân cực chưa đủ mạnh. Nhiều biện pháp biến tính đã được công bố như oxy hóa các nhóm hydroxyl thành các nhóm chức acid hoặc sulfo hóa bằng acid sulfuric. Trong nghiên cứu này, việc hoạt hóa xơ dừa bằng H2SO4 0,1N và NaOH 0,1N cho thấy hiệu quả loại bỏ Cr6+ trong nước được cải thiện đáng kể ở thời gian ngắn (15- 30 phút) chính là do số ion OH- trên vật liệu hấp phụ đã gia tăng thêm trong quá trình hoạt hóa.
HU
TE
CH
[50]
Theo thuyết hấp phụ đẳng nhiệt, các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ
trên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển ngược lại. Liên quan đến yếu tố thời gian tiếp xúc giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ, thời gian ngắn thì chưa đủ để
các trung tâm hoạt động trên bề mặt chất hấp phụđược “ lấp đầy” bởi Cr6+. Ngược lại, khi thời gian dài thì lượng chất bị hấp phụ tích tụ trên bề mặt chất hấp phụ cũng càng nhiều, tốc độ di chuyển ngược lại vào nước càng lớn, nên hiệu quả hấp phụ
gần như không tăng và dần đạt về trạng thái cân bằng.. So sánh với các nghiên cứu trước đây của Nguyễn Văn Sức và cộng sự (2010), M. Nameni và cộng sự (2008)
đều cho kết quả thời gian quá trình hấp phụ đạt hiệu quả đáng kể là 60 phút thì trong đề tài này, thời gian để các vật liệu đạt mức hấp phụ gần như tối đa cũng tương đương. Do đó, thời gian tiếp xúc 60 phút được lựa chọn để thực hiện giai
đoạn tiếp theo là xác định ảnh hưởng của liều lượng chất hấp phụ đến hiệu quả xử
lý.
- Từ các đồ thị 3.14; 3.16 và 3.18 ta có thể nhận thấy rằng thời gian hảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả loại bỏ màu trong nước thải đối với các vật liệu hấp phụ khác nhau, để dễ quan sát và so sánh hiệu quả của các vật liệu ta có thể tổng hợp và biểu diễn trong đồ thị 3.20 như sau:
Hình 3.20: Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu quả xử lý màu đối với các vật liệu hâp phụ nghiên cứu.
HU
TE
CH
[51]
Đối với 2 loại vật liệu BCFHH-E và BCFHH-PE chế tạo từ bã cà phê hiệu