CHƯƠN G2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu
2.2.2Nghiên cứu khả năng hấp phụ kim loại của hạt alginat can
Quá trình hấp phụ các ion kim loại vào hạt gel alginat canxi được thực hiện bằng cách cho một lượng chất hấp phụ vào một thể tích dung dịch chứa ion kim loại nghiên cứu có nồng độ xác định.
Lượng kim loại hấp phụ vào pha rắn, hay còn gọi là dung lượng hấp phụ kim loại của chất hấp phụ q (mg/g) tại thời điểm t được tính theo công thức:
{ EMBED Equation.3 } (5)
C0 và Ct lần lượt là nồng độ ion kim loại ban đầu và tại thời điểm t ( mg/l)
V: là thể tích dung dịch ion kim loại (ml) G: là khối lượng vật liệu hấp phụ (g)
Phần trăm ion kim loại trong dung dịch được hấp phụ còn được gọi là hiệu suất hấp phụ (F%) tại thời điểm t được tính theo phương trình:
{ EMBED Equation.3 } (6)
Các thí nghiệm nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại nặng được thực hiện ở điều kiện khác nhau. Khối lượng vật liệu hấp phụ, thể tích và nồng độ dung dịch như nhau với tất cả các thí nghiệm.
Khối lượng vật liệu hấp phụ được tính bằng khối lượng alginat natri trước khi tạo gel. Khối lượng vật liệu được sử dụng là G = 0,2 g.
Các thí nghiệm được thực hiện lặp lại 3 lần với 3 thí nghiệm song song.
2.2.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của pH và nhiệt độ đến khả năng hấp phụ ion kim loại bởi hạt alginat canxi
Ảnh hưởng của pH đến mức độ hấp phụ ion kim loại nặng trong nước được khảo sát với 0,2 g vật liệu hấp phụ trong 50 ml dung dịch chứa từng ion Cu2+, Cd2+, Pb2+ riêng biệt, nồng độ 5 mg/l đối với từng kim loại. Dùng HNO3 0,5M để
điều chỉnh giá trị pH dung dịch (pH = 2,5 – 4,5). Theo McHugh [22], hạt algiant canxi ổn định ở pH từ 3 – 5. Nếu trong môi
trường pH giảm xuống đến 2 sẽ tạo thàn acid alginic đồng thời khi pH thấp thì nồng độ ion H+ tăng lên sẽ ngăn cản quá trình trao đổi ion. Cùng sự tham khảo một số công trình nghiên cứu về sự hấp phụ ion kim loại hóa trị II trong nước cũng như trên thế giới, chúng tôi tiến hành bố trí các thí nghiệm ở điều kiện về pH (pH= 2,5 - 4,5) và nhiệt độ 250C; 350C; 450C.
Nồng độ ion kim loại ban đầu và sau khi hấp phụ được xác định bằng máy hấp thụ nguyên tử AAS. Dung lượng và hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức (5) và (6).
Từ kết quả nghiên cứu, ta xác định được pH tối ưu (pHopt) và nhiệt độ tối ưu (Topt) cho quá trình hấp phụ các ion kim loại bằng alginat canxi.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cd2+, Cu2+, Pb2+ của alginat canxi ở pH và nhiệt độ khác nhau
2.2.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion kim loại bởi hạt alginat canxi
Thời gian gian hấp phụ cần thiết để các ion kim loại được hấp phụ đến khi đạt trạng thái cân bằng cũng cần được nghiên cứu. Chúng tôi tiến hành khảo sát sự hấp phụ của hạt alginat canxi với điều kiện pHopt và Topt thu được từ các thí nghiệm trên. Thời gian khảo sát tại các thời điểm: 10 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, 150 phút, 300 phút. Nồng độ ion kim loại còn lại được xác định bằng máy hấp phụ nguyên tử - AAS.
Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng hấp phụ Cd2+, Cu2+, Pb2+ bởi hạt alginat canxi theo thời gian
2.2.2.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ ion kim loại của alginat canxi
Nồng độ ion kim loại ban đầu cao hay thấp đều có ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ của vật liệu hấp phụ. Điều kiện khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion kim loại được thực hiện ở nhiệt độ, pH, thời gian tối ưu (Topt, pHopt, topt) thu được từ các thí nghiệm trên.
Nồng độ ban đầu (C0) và nồng độ lúc cân bằng (Ccb) của các ion kim loại được xác định bằng máy hấp phụ nguyên tử - AAS.
Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại ban đầu đến khả năng hấp phụ của alginat canxi
2.2.2.4 Xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freudlich
- Mô hình đẳng nhiệt Langmuir được viết theo phương trình:
{ EMBED Equation.3 }
q: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g) qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g)
Ct: nồng độ lúc cân bằng (mg/l) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
{ EMBED Equation.3 }: hằng số đặc trưng cho tương tác của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ
Để xác định hằng số trong phương trình đẳng nhiệt Langmuir, có thể chuyển phương trình trên thành phương trình đường thẳng:
{ EMBED Equation.3 }
- Mô hình đẳng nhiệt Freudlich:
{ EMBED Equation.3 }
dạng tuyến tính theo phương trình:
{ EMBED Equation.3 }
Trong đó:
Ct: là nồng độ lúc cân bằng (mg/l) q: lượng ion kim loại bị hấp phụ (mg/g)
Kf: là hằng số Freudlich
1/n là hệ số đặc trưng cho tính không đồng nhất của bề mặt chất hấp phụ.
2.2.2.5 Nghiên cứu sự hấp phụ cạnh tranh các ion kim loại nặng trong cùng dung dịch bằng hạt alginat canxi
Nghiên cứu sự hấp phụ đồng thời (hấp phụ cạnh tranh) các kim loại trong cùng dung dịch khảo sát bằng hạt alginat canxi được thực hiện bằng cách pha trộn các dung dịch ion kim loại với nhau, nồng độ mỗi kim loại là 5 mg/l. Quá trình nghiên cứu được tiến hành trong điều kiện pH, nhiệt độ và thời gian tốt nhất được chọn ra từ các thí nghiệm trước.
Kết quả nghiên cứu sẽ cho thấy được thứ tự ưu tiên hấp phụ các ion kim loại trên hạt alginat canxi.