tính
3.3.1. Thời gian cân bằng hấp phụ
Chúng tôi tiến hành khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu. Kết quả thí nghiệm thu được trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Kết quả ảnh hưởng của thời gianhấp phụ phẩm màu metyl xanh
Thời gian hấp phụ (phút) Nồng độ metyl xanh (mg/l) 15 30 60 90 Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) 100 9,98 9,002 9,83 9,017 9,6 9,04 9,72 9,028 200 185,67 1,433 144 5,60 140,67 5,933 136,67 6,333 400 404 0,00 340,67 5,933 330,67 6,933 340,67 5,933 600 577,33 2,267 517,33 8,267 510,67 8,933 514 8,60 800 734 6,60 700,67 9,933 670,67 12,933 677,33 12,267 1000 907,33 9,267 870,7 12,93 830,67 16,933 844 15,60 Thời gian hấp phụ (phút) 120 180 240 360 Nồng độ metyl xanh (mg/l) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) Cs (mg/l) q (mg/g) 100 9,84 9,016 9,1 9,09 8,64 9,136 7,76 9,224 200 77,33 12,267 24 17,60 24 17,60 24 17,60 400 304 9,60 254 14,6 294 10,6 237,33 16,267 600 454 14,6 427,33 17,267 477,33 12,267 470,67 12,933 800 604 19,6 637,33 16,267 627,33 17,267 637,33 16,267 1000 730,67 9,263 754 24,6 720,67 27,933 767,33 23,267
49 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1 2 3 4 5 6 7 Thời gian (h) q (m g /g )
Kết quả thực nghiệm (hình 3.13) cho thấy tải trọng hấp phụ của vật liệu tăng dần theo thời gian, sau thời gian hấp phụ khoảng 150-180 phút quá trình hấp phụ đạt cân bằng, tải trọng hấp phụ tại thời điểm cân bằng q = 17,6 mg/g khi nồng độ metyl xanh là 200mg/l.
3.3.2. Tải trọng hấp phụ
Sau khi đã khảo sát ảnh hưởng của thời gian chúng tôi tiếp tục tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ của vật liệu. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.9.
Bảng 3.9: Kết quả ảnh hưởng của nồng độ đầu hấp phụ phẩm màu metyl xanh
Co(mg/l) Cs(mg/l) q(mg/g) Cs/q 0 0 0 0 100 9,1 9,09 1,001 200 24 17,6 1,364 400 254 14,6 17,397 600 427,33 17,267 24,748 800 637,33 16,267 39,179 1000 754 24,6 30,650
Hình 3.14: Đồ thị ảnh hưởng của nồng độ đầu hấp phụ phẩm màu metyl xanh
Kết quả thực nghiệm (hình 3.14) cho thấy khi nồng độ dung dịch đầu Co
tăng, tải trọng hấp phụ của vật liệu cũng tăng dần.
Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, chúng tôi vẽ đồ thị sự phụ thuộc Cs/q vào Cs theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir cho vật liệu được mô tả như hình 3.15. Sự phụ thuộc của Cs/q theo Cs được mô tả theo phương trình:
y=0,0488x+1,6663
Ta có tg=1/qmax qmax=1/tg=1/0,0488≈20,49(mg/g)
51
Kết quả tính toán khả năng hấp phụ của vật liệu đối với phẩm màu metyl xanh theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir là qmax=20,49 mg/g .
Dựa vào số liệu thực nghiệm thu được, chúng tôi vẽ đồ thị sự phụ thuộc lgq vào lgCs theo lý thuyết hấp phụ đẳng nhiệt của Freundlich cho metyl xanh.
lgq 0,96 1,25 1,16 1,24 1,21 1,39 lgCs 0,96 1,38 2,4 2,63 2,8 2,88
Hình 3.16: Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich của phẩm màu metyl xanh
Ta có KF = 8,58; n=8,11 >1. Hệ số hồi qui theo phương trình đẳng nhiệt Frendlich là R2= 0,4976 thấp hơn so với hệ số hồi qui theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir là R2= 0,9184.
Như vậy, quá trình hấp phụ metyl xanh của vật liệu phù hợp với phương trình đẳng nhiệt Langmuir hơn phương trình đẳng nhiệt Freundlich. Có thể là quá trình hấp phụ thiên về hấp phụ vật lí.
3.2.3. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp phụ
Để sử dụng vật liệu đạt hiệu quả nhất chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH để tìm pH tối ưu cho việc sử dụng vật liệu. Kết quả thể hiện trong bảng 3.10.
Bảng 3.10: Kết quả ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metylxanh
Hình 3.17: Đồ thị ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ phẩm màu metylxanh
Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu được mô tả trên đồ thị (hình 3.17). Khi pH<6 và pH>7 khả năng hấp phụ của vật liệu thấp hơn. Khi pH=6 - 7 khả năng hấp phụ là tốt nhất, tải trọng hấp phụ là q=28,6 mg/g. Co(mg/l) pH Cs(mg/l) q(mg/g) 500 2 387,33 11,267 500 4 260,67 23,933 500 6 214 28,6 500 6,7 240,67 25,933 500 8 230,67 26,933 500 10 234 26,6
53
KẾT LUẬN
Từ kết quả nghiên cứu trong bản luận văn này, chúng tôi đã thu được một số kết quả như sau:
1. Đã tổng hợp được vật liệu hấp phụ từ tính bằng cách phân tán Fe3O4 vào chitosan.
2. Khảo sát ảnh hưởng của dư lượng chitosan đến quá trình xác định độ màu metyl xanh. Lượng chitosan dư trong vật liệu không ảnh hưởng đến quá trình xác định độ màu.
3. Khảo sát khả năng hấp phụ asen của vật liệu chitosan từ tính:
-Tải trọng hấp phụ asen của vật liệu tăng dần theo thời gian. Vật liệu hấp phụ asen (V) có tải trọng hấp phụ lớn hơn so với asen (III).
- Thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu đối với asen (V): với nồng độ ban đầu < 250 µg/l thời gian đạt cân bằng chỉ từ 15 phút đến 1 giờ; với nồng độ 500 µg/l cần 2 - 3 giờ.
- Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu đối với asen (III) là qmax=98,04µg/g, và asen (V) là qmax=12,95 µg/g. Quá trình hấp phụ của vật liệu đối với asen (III) và asen (V) phù hợp với phương trình đẳng nhiệt Freundlich hơn phương trình đẳng nhiệt Langmuir.
- pH<2 khả năng hấp phụ của vật liệu đối với asen (III) và asen (V) là tốt nhất. 4. Khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu metyl xanh của vật liệu chitosan từ tính: - Thời gian cân bằng hấp phụ phẩm màu metyl xanh khoảng 150-180 phút, tải trọng hấp phụ cực đại qmax=20,49mg/g. Quá trình hấp phụ của vật liệu đối với metyl xanh phù hợp với phương trình đẳng nhiệt Langmuir hơn phương trình đẳng nhiệt Freundlich.
- pH =6 - 7 khả năng hấp phụ của vật liệu đối với phẩm màu metyl xanh là tốt nhất. Trong thời gian tiếp theo chúng tôi tiếp tục nghiên cứu làm tăng tải trọng hấp phụ của vật liệu từ tính, nghiên cứu khả năng tái sử dụng của vật liệu và khảo sát khả năng hấp phụ trên nhiều đối tượng ô nhiễm khác trong nước thải. Đồng thời đưa đề tài ứng dụng trong thực tiễn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đỗ Quang Trung1, Chu Xuân Anh1, Tạ Thị Thảo1, Nguyễn Tấn Dũng2, Ứng dụng chitosan để chế tạo vật liệu hấp phụ có từ tính, , tuyển tập các công trình khoa học kỷ niệm 50 năm thành lập khoa hoá học,2006, 1Khoa Hóa học – Trường ĐHKH Tự Nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2Viện Nhiệt Đới – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2. Chu Xuân Anh, Tạ Thị Thảo, Hồ Lan Phương, Nghiên cứu chế tạo than hoạt tính từ tính dùng làm vật liệu hấp thu, tạp chí Hóa học và Ứng dụng số 16, 2009,– Khoa Hóa học – Trường ĐHKH Tự Nhiên – ĐH Quốc Gia Hà Nội.
3. Lê Thanh Phước và Bùi Vũ Thanh Phương, Nghiên cứu chế tạo hạt gel chitosan liên kết ngang kích thước nhỏ, Tạp chí Khoa học 2012:23b 60-68 Trường Đại học Cần Thơ.
4. Vũ Ngọc Duy (2005) ―Nghiên cứu động học oxi hóa As (III) trong nước bằng clo và cloramin‖, Luận văn thạc sĩ khoa học- 2005, trường ĐHKH Tự Nhiên, ĐH Quốc Gia Hà Nội.
5. Lưu Đức Hải, Đỗ Văn Ái, Võ Công Nghiệp (2001), Hiện trạng ô nhiễm asen ở Việt Nam, ― Chiến lược quản lí và giảm thiểu tác động ô nhiễm asen tới môi trường và sức khỏe con người‖, tr 95-107.
6. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước và nước thải, Nhà xuất bản Thống Kê, Hà Nội.
7. Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hoàng Hải, Trần Mậu Danh, Chế tạo và ứng dụng hạt nano từ tính trong sinh học, Báo cáo hội nghị vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005.
8. Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Châu, Nguyễn Hoàng Lương, Nguyễn Thị Vân Anh, Phạm Tuấn Nghĩa, Mai Anh Tuấn, Ứng dụng của hạt nano oxit sắt từ để tách chiết DNA, đếm tế bào bạch cầu, và cải tiến quá trình xử lí nước nhiễm bẩn, Hạt nano trong sinh học và môi trường, 6/12/2007.
55
Tiếng Anh
9. Luiz C.A. Oliveira, Rachel. V.R.A. Rios, José D. Febris, V. Garg, Karim Sapag, Rochel M. Lago, Activated carbon/iron oxyde magnetic composites for the adsorption of contaminants in water, Carbon 40, P.2177-2183, 2002. 10. Na Yang, Shenmin Zhu, Di Zhang, Shi Xu, Synthesis and properties of
magnetic Fe3O4-activated carbon nanocomposite particles for dye removal, 11.M Rinado, Properties of chitin and chitosan, P.22-24, 1988.
12.Olaw Joensen, Andrea’ Villasen, Chitin world-proceedings from 6th Int,
Conference on chitin and chitosan. Gdymia, Polan, P.37-38, 1994.
13. Sei-Ichi Aiba, Chitin world-proceeding from 6th Int, Conference on chitin and chitosan. Gdymia, Poland, P.108-111, 1994.
14.Prentice Hall, Handbook of organic chemistry, London, New York, Sydney, P.262-266, 1994.
15. S. Chotterfee, M. Adhya, A. K. Guha, B. Chatterfee, Process Biochem 40, P.395-400, 2005.
16. S. Roller, N. Covill, Int. F. Food Microbiol 47, P.67-77, 1999.
17. K. C. Gupta and Fawzi Habeb Fabrailp, Carbonate Research, 34l, p.744- 756, 2006.
18. Dinesh Mohan, Charles U. Pittman Jr (2007), ―Arsenic removal from water/wastewater using adsorbents—A critical review‖, Journal of Hazardous Materials, 142, pp 1–53.
19.Virender K. Sharma, Mary Sohn (2009), ―Aquatic arsenic: Toxicity, speciation, transformations, and remediation‖, Environment International, 35, pp 743–759.
20. Mun Hung Liao, Kun Yang Wu, Dong Wang Chen, Fast removal of basic dyes by a novel magnetic nano adsorbent, Chemistry Letters, Vol.32, No.6, P.488-489, 2003.
21. Zhihuan Yang, Yuying Wang, Yurong Tang, Prepration and properties of Metal Ions of Crosslinked Chitosan Azacrown Ethers, Journal of applied polymer Science, Vol.26, P.2091-2093, 2000.
22.Yoshinari BaBa, Naohiko Matsumura, Kohichiroshimori and Yoshinobu Kawano, Selective adsorption of Mecury (II) on Chitosan Derivatives from Hydrochloric Acid. Journal of applied polymer Science, Vol.26, 291-293, 1995.
23.Gregory L. Rorrer, Tzu-yang Hsien, Synthesis of Porous-magnetic chitosan beads for removal of cadmium ions from wastewater, Ind. Eng. Chem. Res, Vol. 32, P.2170-2178, 1993.
24.Majeti N.V ravi Kumar, Areview of chitin and chitosan application, Reactive and Funtional Polymers, Vol.46, P.1-27, 2000.
25. Xiaoning An, Zhixing Su and Hanmin Zeng, Preparation of highly magnetic chitosan particles and their use for affinity purification of enzymes, 2003. 26. Gurusamy Annadurai and Menjeri R.V. Krishnan, Batch Equilibrium
Adsorption of Reactive Dye onto Natural Biopolymer, Iranian Polymer Journal, Volume 6. Number 3, P.169-175, 1997.
27. B Armagan, Ozedemir, Turan and MS Celik, The removal of reactive azo dyes by natural and modified zeolites, Journal of Chemical Technology and Biotechnol 78, p.725-732, 2003.
28. Urszula Filipkowska, Efficiency of reactive dyes adsorption onto chitin, chitosan and chitosan beads, Polish Chitin Society, P. 53-60, Monograph XI, 2006.
29. Adil Denizli, Guleren OZkan, M. Yakup Arica, Preparation and characterization of magnetic polymetylmethacrylate microbeads carrying ethylene diamine for removal of Cu(II), Cd(II), Pb(II), Hg(II) from aqueous solutions, Journal of Applied Polymer Science, Vol.78, No.9, P.81-89, 2000. 30. Ivo Safarik, Konstanca Nymburska and Mirka Safarikova, Adsorption of
water-soluble organic dyes on Magnetic Charcoal, J.Chem. Tech. Biotchnol, 69, P.1-4, 1997.
31. R. Fan, X.H. Chen, Z. Gui, L. Liu, Z.Y. Chen, A new simple hydrothermal preparation oi nanocrystalline magnetite Fe3O4, Materials Research
57
32.Linda A Harris, Polymer stabilized Magnetic Nanoparticles and Poly Modified Styrene-Dimetharylate Networks, 2002.
33.Characteriation of aqueous dispersions of Fe3O4 nanoparticles and their biomedical applications. National Cheng Kung University, Taiwan 2004. 34.Properties of magnetite nanoparticles synthesized through a novel chemical
route. Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai 400 005, India.
35.Qiuhua Wu, Cheng Feng, Chun Wang, Zhi Wang. Afacile one-pot solvothermal method to produce superparamagnetic graphene–Fe3O4
nanocomposite and its application in the removal of dye from aqueous solution.
36. Zhengang Liu, Fu-Shen Zhang, Ryo Sasai. Arsenate removal from water using Fe3O4-loaded activated carbon prepared from waste biomass.
37.Kunwar P. Singh, Shikha Gupta, Arun K. Singh, Sarita Sinha. Experimental design and response surface modeling for optimization ofRhodamine B removal from water by magnetic nanocomposite.
38.Oliveira1 B. F., Santana M. H. A., Ré M.I., Spray-Dried Chitosan Microspheres CrossLinked With D, L-Glyceraldehyde As A Potential Drug Delivery System: Preparation and Characterization, 2005, 22, 353-360. (Oliveiral B. F., et al.,2005; Rajesh R. Dubey et al.,2003).
39.Hua-Yue Zhua,, Ru Jiang, Ling Xiao, Wei Li, A novel magnetically separable - Fe2O3/crosslinked chitosan adsorbent: Preparation, characterization and adsorption application for removal of hazardous azo dye.