4.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU VỚI CÁC MẪU NƯỚC CHỨA CHẤT HỮU CƠ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 4.2.1. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch CH3COOH 4.2.1.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch CH3COOH
Bảng 4.4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các VL
đối với dung dịch CH3COOH
Phương pháp
|
VL
|
Gía trị
|
Thời gian (phút)
|
0
|
30
|
60
|
90
|
120
|
150
|
Thô
|
1A
|
Cf(mg/l)
|
616,512
|
558,48
|
527,28
|
496,08
|
492,96
|
489,84
|
q (mg/g)
|
1,950
|
7,752
|
10,872
|
13,992
|
14,308
|
14,616
|
H (%)
|
3,064
|
12,189
|
17,10
|
22,00
|
22,490
|
22,981
|
1B
|
Cf (mg/l)
|
620,88
|
552,24
|
530,4
|
511,68
|
502,32
|
496,08
|
q (mg/g)
|
1,512
|
8,376
|
10,560
|
12,432
|
13,368
|
13,992
|
H (%)
|
2,377
|
13,169
|
16,604
|
19,55
|
21,019
|
22,00
|
Biến tính bằng nhiệt
|
2A
|
Cf (mg/l)
|
599,04
|
377,52
|
330,72
|
299,52
|
296,4
|
293,28
|
q (mg/g)
|
3,696
|
25,848
|
30,528
|
33,648
|
33,96
|
34,272
|
H (%)
|
5,81
|
40,641
|
48,00
|
52,906
|
53,396
|
53,886
|
2B
|
Cf (mg/l)
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
q (mg/g)
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
H (%)
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Biến tính bằng axit
|
3A
|
Cf (mg/l)
|
605,28
|
433,68
|
391,872
|
368,16
|
352,56
|
349,44
|
q (mg/g)
|
3,072
|
23,352
|
25,848
|
26,784
|
27,096
|
27,096
|
H (%)
|
4,83
|
36,717
|
40,641
|
42,113
|
42,603
|
42,603
|
3B
|
Cf (mg/l)
|
605,28
|
439,92
|
393,12
|
368,16
|
354,432
|
353,184
|
q (mg/g)
|
3,072
|
19,608
|
24,288
|
26,784
|
28,157
|
28,282
|
H (%)
|
4,83
|
30,830
|
38,187
|
42,113
|
44,271
|
44,468
|
Đối chứng
|
4
|
Cf (mg/l)
|
614,64
|
464,88
|
421,2
|
402,48
|
396,24
|
390,00
|
q (mg/g)
|
2,136
|
17,112
|
21,48
|
23,352
|
23,976
|
24,600
|
H (%)
|
3,358
|
26,906
|
33,77
|
36,717
|
37,698
|
38,679
|
Nguồn: Kết quả phân tích (2015)
Chú thích:
- Cf: Nồng độ axit axetic sau hấp phụ, đơn vị mg/l
- Q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị mg/g
- H (%): Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị %
- (-) Không tồn tại
Tiến hành hấp phụ CH3COOH với nồng độ là 636 mg/l trong khoảng thời gian từ 0 -150 phút, tốc độ 150 vòng/phút. Sau thời gian phản ứng, chuẩn độ lại hàm lượng axit axetic dư bằng NaOH 0,0104N. Kết quả thu được trình bày trong bảng 4.4.
Bảng số liệu 4.4. cho biết nồng độ axit axetic sau hấp phụ, dung lượng hấp phụ, hiệu suất hấp phụ của VL. Ở phương pháp chế tạo thô, hiệu suất hấp phụ đạt 25,4% sau 90 phút và tăng lên 26,4% sau 150 phút. Hiệu suất hấp phụ của VL 1B cũng tương tự như VL 1A, chỉ đạt 24,9% sau 90 phút và 25,9% sau 150 phút. Các VL này có diện tích bề mặt riêng nhỏ, chưa phân rõ thành phần cấp hạt nên khả năng hấp phụ kém. Phương pháp biến tính bằng nhiệt cho kết quả đối với VL 2A khá tốt. Sau 90 phút, dung lượng hấp phụ đạt 33,648 mg/g, hiệu suất đạt trên 50%. Phương pháp biến tính bằng axit cũng cho kết quả khá khả quan khi sau 90 phút hấp phụ đã xử lý được 78% axit axetic đối với VL3A và 42,113% đối với VL 3B. Như vậy, ngoài cấu trúc bề mặt khác nhau, các VL chế tạo từ nguyên liệu khác nhau và phương pháp khác nhau cũng thể hiện khả năng hấp phụ khác nhau.
Hình 4.6. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ axit axetic
Từ bảng 4.4. và hình 4.6. cho thấy, VL 1A và VL 1B có hiệu suất hấp phụ tương đương nhau. Các vật liệu này là những vật liệu thô, cấu trúc VL ít xốp nên hiệu suất hấp phụ khá thấp. VL 3A và VL 3B đều được biến tính bằng axit sunfuric đặc, bề mặt VL bị thay đổi khá nhiều. Chính điều này đã làm cho các vật liệu trên có hiệu suất hấp phụ tốt hơn hẳn so với VL 1A và VL 1B. VL 2A cho hiệu suất hấp phụ cao nhất, đạt 53,886%. Bằng cảm quan, VL này khá nhẹ và xốp. Khi chụp ảnh bề mặt vật liệu, kết quả cũng cho thấy VL bị thay đổi nhiều nhất, diện tích bề mặt của vật liệu tăng lên rất nhiều so với VL thô ban đầu.
Trong quá trình làm thí nghiệm, khi cho vài giọt thuốc thử phenolphtalein vào dung dịch CH3COOH (sau khi hấp phụ bằng VL 2B) để chuẩn độ lại nồng độ thì dung dịch lập tức chuyển sang màu hồng. Nghĩa là, dung dịch CH3COOH sau khi bị hấp phụ đã hết hoàn toàn ion H+ mà lại chứa ion OH-. Điều này được giải thích như sau: Trong thành phần nguyên tố của VL 2B (trong bảng 4.3) nguyên tố kim loại kiềm và kiềm thổ như Kali chiếm lượng khá lớn (6,01%), Canxi (0,52%). Khi cho vật liệu này vào dung dịch CH3COOH, Kali và Canxi trong vật liệu (có thể tồn tại ở dạng oxit hoặc muối) ngay lập tức phản ứng với nước để tạo thành ion OH-. Ion OH- sẽ phản ứng với ion H+ thủy phân từ axit axetic. Như vậy, nguyên tố kim loại kiềm đã vô tình phản ứng hết với lượng axit axetic còn dư sau quá trình hấp phụ, nên ta không thể đánh giá được khả năng hấp phụ CH3COOH của VL 2B. VL 2B có thể gây ô nhiễm kiềm đối với các mẫu thí nghiệm, nên tôi không sử dụng VL 2B trong các thí nghiệm tiếp theo của mình.
Hình 4.7. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ axit axetic của các loại vật liệu hấp phụ
Trên đồ thị biểu diễn mối quan hệ về thời gian hấp phụ và nồng độ cân bằng, thời gian hấp phụ càng tăng thì nồng độ sau khi hấp phụ càng giảm. Từ 0 – 30 phút, nồng độ chất bị hấp phụ giảm rất nhanh, sau đó chậm dần từ 30 – 60 phút. Tại khoảng thời gian từ 60 – 90 phút, nồng độ chất bị hấp phụ giảm rất từ từ, và từ 90 – 150 phút nồng độ thay đổi rất ít, hầu như không đáng kể. Để đảm bảo hiệu suất về mặt thời gian, tôi chọn 90 phút làm thời gian đạt cân bằng hấp phụ để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
4.2.1.2. Ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch CH3COOH
Tiến hành sự hấp phụ dung dịch CH3COOH có nồng độ 636 mg/l với các VL ở khối lượng khác nhau (0,1 g – 1,5 g), thời gian hấp phụ là 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút. Kết quả tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.5. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ axit axetic của các loại vật liệu.
Khối lượng VL (g)
|
0,1
|
0,25
|
0,5
|
0,75
|
1,0
|
1,25
|
1,5
|
1A
|
Cf (mg/l)
|
620,88
|
580,32
|
496,08
|
433,68
|
405,6
|
377,52
|
361,92
|
q (mg/g)
|
7,56
|
11,136
|
13,992
|
13,488
|
11,52
|
10,339
|
9,136
|
H (%)
|
2,37
|
8,755
|
22,00
|
31,811
|
36,226
|
40,641
|
43,094
|
1B
|
Cf (mg/l)
|
623,69
|
583,44
|
511,68
|
452,4
|
408,72
|
377,52
|
365,04
|
q (mg/g)
|
6,156
|
10,512
|
12,432
|
12,240
|
11,364
|
10,340
|
9,032
|
H (%)
|
1,94
|
8,26
|
19,547
|
28,868
|
35,736
|
40,642
|
42,604
|
2A
|
Cf (mg/l)
|
597,48
|
530,4
|
299,52
|
268,32
|
219,96
|
154,44
|
100,152
|
q (mg/g)
|
19,26
|
21,12
|
33,648
|
24,512
|
20,802
|
19,262
|
17,862
|
H (%)
|
6,056
|
16,603
|
52,906
|
57,811
|
65,415
|
75,717
|
84,253
|
3A
|
Cf (mg/l)
|
605,28
|
543,192
|
368,16
|
315,12
|
265,2
|
218,4
|
184,08
|
q (mg/g)
|
15,36
|
18,562
|
26,784
|
21,392
|
18,54
|
16,704
|
15,064
|
H (%)
|
4,830
|
14,592
|
42,113
|
50,453
|
58,301
|
65,660
|
71,0566
|
3B
|
Cf (mg/l)
|
608,4
|
552,24
|
368,16
|
336,96
|
299,52
|
252,72
|
218,4
|
q (mg/g)
|
13,80
|
16,752
|
26,784
|
19,94
|
16,824
|
15,331
|
13,92
|
H (%)
|
4,340
|
13,170
|
42,113
|
47,019
|
52,906
|
60,264
|
65,660
|
4
|
Cf (mg/l)
|
611,52
|
561,6
|
402,48
|
365,04
|
333,84
|
284,232
|
252,72
|
q (mg/g)
|
12,24
|
14,88
|
23,352
|
18,064
|
15,108
|
14,071
|
12,776
|
H (%)
|
3,850
|
11,700
|
36,717
|
42,604
|
47,509
|
55,309
|
60,264
|
Chú thích:
Cf: Nồng độ axit axetic sau hấp phụ, đơn vị mg/l
q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị mg/g
H: Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị %
VL thô (1A và 1B) có khả năng hấp phụ tương đối thấp, khi sử dụng 1,5g VL/50 ml dung dịch axit axetic 636 mg/l mà hiệu suất xử lý chỉ đạt 42% sau thời gian 90 phút. VL biến tính bằng nhiệt cho kết quả tốt hơn khi sau 90 phút hấp phụ, 1,5 gVL/50 ml dung dịch axit axetic 636 mg/l hiệu suất hấp phụ đạt từ 70 – 80%. VL biến tính bằng axit có khả năng hấp phụ kém hơn VL biến tính bằng nhiệt một chút khi chỉ hấp phụ được 64%. Đặc biệt, cả 3 VL biến tính đều có khả năng hấp phụ tốt hơn so với VL 4 (than hoạt tính).
Hình 4.8. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến hiệu suất hấp phụ
của vật liệu
Hình 4.9. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu đến dung lượng hấp phụ
của vật liệu
Đồ thị biểu diễn trên hình 4.8 cho thấy, khối lượng VL tỉ lệ thuận với hiệu suất hấp phụ, khối lượng càng tăng thì hiệu suất hấp phụ cũng tăng. Tuy nhiên khi tăng khối lượng VL, dung lượng hấp phụ sẽ tăng đến một giá trị nhất định rồi giảm dần. Cụ thể, tại hình 4.8, ở điều kiện thí nghiệm, dung lượng hấp phụ lớn nhất khi sử dụng 0,5 gam VL. Vì vậy, để tối ưu hóa về khối lượng VL, nghiên cứu lựa chọn sử dụng 0,5 gam VL cho các thí nghiệm tiếp theo.
4.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ của VL đối với dung dịch CH3COOH
Tiến hành sự hấp phụ với dung dịch CH3COOH có nồng độ xác định khác nhau (59,28 – 1.506,00 mg/l), thời gian hấp phụ 90 phút, vận tốc lắc 150 vòng/phút. Tính dung lượng hấp phụ của VL đối với axit axetic.
Bảng 4.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch axit axetic đến khả năng hấp phụ
của các loại VL
VL
|
Co (mg/l)
|
Ccb (mg/l)
|
q (mg/g)
|
Ccb/q (g/l)
|
1A
|
59,28
|
24,96
|
3,432
|
7,272
|
268,32
|
171,6
|
9,672
|
17,742
|
586,80
|
449,28
|
13,752
|
32,670
|
894,00
|
745,68
|
14,832
|
50,275
|
1.212,00
|
1.057,68
|
15,432
|
68,538
|
1.506,00
|
1.346,65
|
15,935
|
84,512
|
1B
|
59,28
|
28,08
|
3,12
|
9,000
|
268,32
|
177,84
|
9,048
|
19,655
|
586,80
|
464,88
|
12,192
|
38,130
|
894,00
|
751,92
|
14,208
|
52,922
|
1.212,00
|
1.063,92
|
14,808
|
71,848
|
1.506,00
|
1.326,00
|
15,005
|
90,368
|
2A
|
59,28
|
6,240
|
5,304
|
1,176
|
268,32
|
71,760
|
19,656
|
3,650
|
586,80
|
252,72
|
33,408
|
7,564
|
894,00
|
460,200
|
43,38
|
10,608
|
1.212,00
|
716,040
|
49,596
|
14,437
|
1.506,00
|
1.006,200
|
49,98
|
20,132
|
3A
|
59,28
|
6,240
|
5,304
|
1,176
|
268,32
|
81,120
|
18,72
|
4,333
|
586,80
|
321,36
|
26,544
|
12,107
|
894,00
|
614,64
|
27,936
|
22,002
|
1.212,00
|
907,92
|
30,408
|
29,860
|
1.506,00
|
1.188,72
|
31,728
|
37,466
|
3B
|
59,28
|
6,240
|
5,304
|
1,176
|
268,32
|
93,600
|
17,472
|
5,357
|
586,80
|
324,48
|
26,232
|
12,370
|
894,00
|
617,760
|
27,624
|
22,363
|
1212,00
|
911,040
|
30,096
|
30,271
|
1506,00
|
1198,080
|
30,792
|
38,909
|
4
|
59,28
|
15,600
|
4,368
|
3,571
|
268,32
|
121,680
|
14,664
|
8,298
|
586,80
|
355,68
|
23,112
|
15,389
|
894,00
|
627,12
|
26,688
|
23,498
|
1.212,00
|
923,52
|
28,848
|
32,013
|
1.506,00
|
1.210,56
|
29,544
|
40,974
|
Chú thích: Cf: Nồng độ axit axetic sau hấp phụ, đơn vị mg/l
q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị mg/g
H: Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch axit axetic, đơn vị %
Kết quả bảng 4.6 cho biết, trong dải nồng độ từ 59,28 mg/l đến 1506 mg/l, nồng độ chất bị hấp phụ tăng thì dung lượng hấp phụ cũng tăng. Điều này thể hiện số va chạm càng nhiều thì tốc độ hấp phụ càng lớn và nồng độ tỉ lệ nghịch với hiệu suất hấp phụ. Khi nồng độ chất hấp phụ tăng đến cực đại và không đổi dù nồng độ chất hấp phụ tiếp tục tăng thì quá trình hấp phụ tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir.
Hình 4.10. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với dung dịch CH3COOH
Hình 4.11. Sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb với dụng dịch CH3COOH
Từ đồ thị hình 4.11, tính ra được dung lượng hấp phụ cực đại qmax của các VL, được trình bày trong bảng 4.7.
Bảng 4.7. Giá trị dung lượng hấp phụ cực đại đối với axit axetic
của các loại vật liệu
VL
|
Sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb
|
qmax (mg/g)
|
1A
|
y = 0,0603x + 4,6043
|
16,47
|
1B
|
y = 0,063x + 5,707
|
15,87
|
2A
|
y= 0,0188x + 1,475
|
53,191
|
3A
|
y = 0,0313x + 1,3317
|
31,949
|
3B
|
y= 0,0319x + 1,4225
|
31,348
|
4
|
y = 0,032x + 2,7935
|
31,25
|
VL 2A có dung lượng hấp phụ cực đại cao nhất, đạt 53,191 mg/g. VL 3A 3B có dung lượng hấp phụ cực đại lần lượt là 31,949 mg/g và 31,348 mg/g. Các VL biến tính đều có dung lượng hấp phụ cực đại cao hơn than hoạt tính (31,25 mg/l) VL 1A và VL 1B có dung lượng hấp phụ cực đại kém nhất, do 2 loại vật liệu này là những vật liệu thô, chưa được biến tính nên khả năng hấp phụ CH3COOH của chúng tương đối kém.
Trong bài báo khoa học “Khảo sát khả năng hấp phụ axit axetic của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ vỏ trấu” được đăng trên tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Công nghiệp của Nguyễn Thị Hồng Hạnh, Nguyễn Thị Liên và Nguyễn Thị Thanh Mai cũng thể hiện rõ VL 2A trong nghiên cứu này thể hiện khả năng hấp phụ axit axetic khá tốt, chỉ kém hơn so với VL xử lý trong NaOH 2M trong 24 giờ, đun sôi 30 phút, rửa sạch về pH trung tính rồi đem hoạt hóa ở 700oC trong 1 giờ. Kết quả như vậy hoàn toàn có thể được giải thích như sau: Vật liệu 2A trong nghiên cứu này chỉ chịu một tác nhân tác động, còn VL kia, vừa chịu sự tác động của tác nhân hóa học, vừa chịu tác động của tác nhân vật lý. Chính đặc điểm này đã làm thay đổi thành phần, cấu trúc của VL đó so với VL 2A đang nghiên cứu, ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của VL. Tác nhân hóa học tác động vào nguyên liệu làm xuất hiện các phản ứng thủy phân, bào mòn alkoxy ... Sau đó, tác nhân vật lý lại tiếp tục tác động làm các liên kết hóa học trong phân tử bọ đứt gãy, tạo thành các phân tử nhỏ hơn, làm giảm kích thước hạt, tăng diện tích bề mặt tiếp xúc. So sánh phương pháp chế tạo VL bằng nhiệt ở 400oC (VL2) trong bài báo với phương pháp nhiệt độ 700oC (VL 2A) trong nghiên cứu này, thấy rằng, tại cùng một nồng độ axit axetic 636 mg/l, dung lượng hấp phụ của VL2 sau 150 phút chỉ đạt 31,75 mg/g, trong đó VL2A đạt 33,024 mg/g. Khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ axit axetic để tìm ra dung lượng hấp phụ cực đại qmax và so sánh hiệu quả hấp phụ axit axetic trong nghiên cứu này với nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh (2015) ta thấy: Dung lượng hấp phụ cực đại qmax của VL 2A (đốt yếm khí vỏ trấu ở 700oC) là 53,191mg/g VL, còn đốt ở 400 – 500oC chỉ đạt qmax là 39,68 mg/g VL. Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình đốt đã làm cho cấu trúc và thành phần hóa học của VL thay đổi, dẫn đến thay đổi khả năng hấp phụ của VL. Như vậy, chế tạo bằng phương pháp đốt 700oC đã thể hiện khả năng hấp phụ dung dịch axit axetic tốt hơn so với phương pháp đốt yếm khí ở 400 – 500oC.
Rất khó để so sánh hiệu quả và khả năng hấp phụ giữa quy trình chế tạo VL của nghiên cứu này với quy trình của tác giả Nguyễn Thị Thanh Tú (2010) do 2 nghiên cứu này sử dụng dung dịch chất bị hấp phụ khác nhau. Tuy nhiên, dựa vào đặc điểm cấu trúc và thành phần hóa học của VL ta có nhận xét như sau: VL trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Thanh Tú có thành phần cấp hạt khá lớn, diện tích bề mặt riêng nhỏ, dung lượng hấp phụ cực đại đối với metyl đỏ đạt 63 mg/g VL. VL trong nghiên cứu này (VL 3A và 3B) có thành phần cấp hạt nhỏ hơn, diện tích bề mặt riêng khá lớn. Khả năng hấp phụ lần lượt là qmax 29,673 mg CH3COOH/g và 62,11 mg xanh methylen/g đối với VL 3A; qmax 31,348 mg CH3COOH /g và 56,818 mg xanh methylen/g đối với VL 3B.
4.2.2. Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch xanh methylen 4.2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch xanh methylen
Tiến hành sự hấp phụ xanh methylen có nồng độ 95,55 mg/l đối với các VL, lắc đều trong vòng từ 0 – 150 phút với tốc độ 150 vòng/phút. Riêng VL 4 tiến hành thí nghiệm với nồng độ xanh methylen là 1.310,72 mg/l.
Từ kết quả thu được cho thấy, trong khoảng thời gian từ 0 - 150 phút, khi tăng thời gian lắc thì hiệu suất hấp phụ của các vật liệu đều tăng. Đối với VL 1A và VL 1B, trong khoảng thời gian từ 90 – 150 phút, hiệu suất hấp phụ của 2 vật liệu này tương đối ổn định. Đối với VL 2A, VL 3A và VL 3B thì hiệu suất hấp phụ đạt gần như tuyệt đối từ khoảng thời gian 60 phút. Riêng VL 4, khi tiến hành thí nghiệm ở cùng nồng độ 95,55 mg/l, VL thể hiện khả năng hấp phụ tốt khi sau 30 phút, dung dịch đã mất màu xanh hoàn toàn. Vì vậy, tôi sử dụng nồng độ 1310,72 mg/l để khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh methylen của VL 4. Mặc dù thí nghiệm tiến hành với nồng độ lớn hơn, nhưng VL vẫn thể hiện khả năng hấp phụ rất tốt, hiệu suất xử lý đạt 98,56% sau 60 phút. Vì vậy, để thuận tiện và đồng nhất trong quá trình làm thí nghiệm, tôi chọn thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 90 phút để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.
Bảng 4.8. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của các vật liệu hấp phụ đối với dung dịch xanh methylen
Thời gian (phút)
VL
|
0
|
30
|
60
|
90
|
120
|
150
|
1A
|
Cf(mg/l)
|
95,050
|
48,610
|
27,15
|
20,529
|
18,210
|
17,250
|
q (mg/g)
|
0,05
|
4,694
|
6,840
|
7,502
|
7,734
|
7,830
|
H (%)
|
0,523
|
49,126
|
71,585
|
78,500
|
80,914
|
81,946
|
1B
|
Cf (mg/l)
|
95,050
|
50,610
|
29,061
|
21,960
|
20,902
|
18,750
|
q (mg/g)
|
0,05
|
4,494
|
6,649
|
7,359
|
7,465
|
7,680
|
H (%)
|
0,523
|
47,032
|
69,587
|
77,017
|
78,126
|
80,376
|
2A
|
Cf (mg/l)
|
92,835
|
10,117
|
0,625
|
0,455
|
0,035
|
0
|
q (mg/g)
|
0,271
|
8,543
|
9,492
|
9,510
|
9,551
|
9,555
|
H (%)
|
2,84
|
89,213
|
99,345
|
99,524
|
99,963
|
100
|
3A
|
Cf (mg/l)
|
93,243
|
10,306
|
1,65
|
0,456
|
0,048
|
0
|
q (mg/g)
|
0,231
|
8,524
|
9,390
|
9,509
|
9,550
|
9,555
|
H (%)
|
2,415
|
91,330
|
98,273
|
99,52
|
99,949
|
100
|
3B
|
Cf (mg/l)
|
94,193
|
23,690
|
2,030
|
0,463
|
0,042
|
0,367
|
q (mg/g)
|
0,136
|
7,186
|
9,352
|
9,508
|
9,515
|
9,518
|
H (%)
|
1,420
|
75,206
|
97,875
|
99,516
|
99,515
|
99,615
|
4
|
Ccb(mg/l)
|
1.154,681
|
583,973
|
338,203
|
290,464
|
258,98
|
231,276
|
q (mg/g)
|
15,604
|
72,675
|
97,252
|
102,026
|
105,174
|
107,944
|
H (%)
|
11,904
|
55,446
|
74,197
|
77,840
|
80,241
|
82,355
|
Chú thích:
Cf: Nồng độ xanh methylen sau hấp phụ, đơn vị mg/l
Q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị mg/g
H: Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị %
Hình 4.12. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh methylen của các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B
Hình 4.13. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ xanh methylen của các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B
4.2.2.2. Ảnh hưởng của khối lượng đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch xanh methylen
Tiến hành sự hấp phụ dung dịch xanh methylen có nồng độ 95,55 mg/l với các VL 1A, VL 1B, VL 2A, VL 3A, VL 3B ở khối lượng khác nhau (0,1 g – 1,5 g), thời gian hấp phụ là 90 phút, tốc độ lắc 150 vòng/phút. Cũng tiến hành thí nghiệm đối với VL 4 giống như các VL trên nhưng ở nồng độ xanh methylen 1.310,72 mg/l. Kết quả tính dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.9. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ đến khả năng hấp phụ xanh methylen của các VL
VL
m (g)
|
0,1
|
0,15
|
0,25
|
0,5
|
0,75
|
1,0
|
1,25
|
1,5
|
1A
|
Cf (mg/l)
|
66,228
|
54,355
|
32,299
|
20,529
|
19,432
|
17,478
|
15,376
|
14,480
|
q (mg/g)
|
14,661
|
13,731
|
12,650
|
7,502
|
5,07
|
3,903
|
3,228
|
2,707
|
H (%)
|
30,687
|
43,113
|
66,196
|
78,514
|
79,662
|
81,707
|
83,908
|
84,845
|
1B
|
Cf (mg/l)
|
66,770
|
53,405
|
32,639
|
21,960
|
22,463
|
18,968
|
16,325
|
15,972
|
q (mg/g)
|
14,389
|
14,048
|
12,582
|
7,359
|
4,872
|
3,829
|
3,169
|
2,65
|
H (%)
|
30,119
|
44,107
|
65,840
|
77,017
|
76,492
|
80,148
|
82,914
|
83,283
|
2A
|
Cf (mg/l)
|
19,348
|
11,229
|
7,287
|
0,455
|
0,157
|
0,062
|
0,001
|
0
|
q (mg/g)
|
38,101
|
28,107
|
17,652
|
9,510
|
6,359
|
4,774
|
3,822
|
3,185
|
H (%)
|
79,750
|
88,247
|
92,373
|
99,524
|
99,835
|
99,935
|
99,999
|
100
|
3A
|
Cf (mg/l)
|
25,672
|
18,263
|
7,408
|
0,442
|
0,198
|
0,0896
|
0,008
|
0
|
q (mg/g)
|
34,939
|
25,762
|
17,628
|
9,510
|
6,356
|
4,773
|
3,821
|
3,185
|
H (%)
|
73,133
|
80,886
|
92,247
|
99,537
|
99,793
|
99,906
|
99,991
|
100
|
3B
|
Cf (mg/l)
|
26,879
|
20,434
|
7,932
|
0,462
|
0,199
|
0,117
|
0,028
|
0
|
q (mg/g)
|
34,335
|
25,039
|
17,524
|
9,508
|
6,355
|
4,771
|
3,820
|
3,185
|
H (%)
|
71,869
|
78,614
|
91,698
|
99,516
|
99,790
|
99,878
|
99,970
|
100
|
4
|
Cf (mg/l)
|
1.123,7
|
1.004,7
|
787,18
|
290,46
|
2,480
|
0,064
|
0,054
|
0
|
q (mg/g)
|
93,483
|
102,009
|
104,708
|
102,03
|
87,216
|
65,532
|
52,426
|
43,69
|
H (%)
|
14,264
|
23,348
|
39,943
|
77,839
|
99,810
|
99,991
|
99,995
|
100
|
Chú thích:
Cf: Nồng độ xanh methylen sau hấp phụ, đơn vị mg/l
Q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị mg/g
H: Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị %
Hình 4.14. Mối quan hệ giữa khối lượng vật liệu và hiệu suất hấp phụ của VL 1A, VL 1B, VL 2A, VL 3A, VL 3B
Từ kết quả phân tích được ta thấy, hiệu suất hấp phụ của VL 2A, VL 3A, VL 3B tương đương nhau, và lớn hơn nhiều so với hiệu suất hấp phụ của 2 VL thô 1A và 1B. Bảng số liệu cũng thể hiện khối lượng VL tối ưu nên sử dụng ở thí nghiệm này là 0,1 – 0,15 g đối với VL biến tính vào 0,25g đối với than hoạt ính. Để đảm bảo phù hợp với dải nồng độ từ 49,335 mg/l đến 1.010,72 mg/l của thí nghiệm tiếp theo và thuận tiện cho việc so sánh hiệu quả hấp phụ của các VL đối với dung dịch axit axetic và xanh methylen nên tôi lựa chọn khối lượng VL sử dụng cho thí nghiệm sau là 0,5g.
4.2.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp phụ của vật liệu đối với dung dịch xanh methylen
Tiến hành sự hấp phụ với dung dịch xanh methylen có nồng độ xác định khác nhau (49,335 – 1.010,72 mg/l), thời gian hấp phụ 90 phút, vận tốc lắc 150 vòng/phút đối với các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B. Riêng đối với VL4, tiến hành sự hấp phụ tượng tự như các VL trên, nhưng ở khoảng nồng độ từ 935,94 – 2.325 mg/l, thời gian hấp phụ 90 phút. Tính dung lượng hấp phụ của VL đối với xanh methylen. Kết quả được trình bày trong bảng 4.10.
Bảng 4.10. Ảnh hưởng của nồng độ xanh methylen ban đầu đến khả năng hấp phụ của các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 4
VL
|
Co (mg/l)
|
Ccb (mg/l)
|
q (mg/g)
|
Ccb/q (g/l)
|
1A
|
49,335
|
1,494
|
4,784
|
0,312
|
95,79
|
20,766
|
7,502
|
2,768
|
150,068
|
43,026
|
10,704
|
4,020
|
188,738
|
62,904
|
12,583
|
4,999
|
264,72
|
100,014
|
16,470
|
6,072
|
325,1
|
151,995
|
17,311
|
8,780
|
529,308
|
324,016
|
20,529
|
15,783
|
742,33
|
519,742
|
22,259
|
23,350
|
1010,72
|
784,328
|
22,639
|
34,645
|
1B
|
49,335
|
1,630
|
4,771
|
0,342
|
95,79
|
22,191
|
7,360
|
3,015
|
150,068
|
51,845
|
9,822
|
5,278
|
188,738
|
64,939
|
12,380
|
5,246
|
264,72
|
96,621
|
16,809
|
5,748
|
325,1
|
143,854
|
18,125
|
7,937
|
529,308
|
324,016
|
20,529
|
15,783
|
742,33
|
533,311
|
20,902
|
25,515
|
1.010,72
|
801,289
|
20,943
|
38,262
|
2A
|
49,335
|
0
|
4,934
|
0
|
95,79
|
0,666
|
9,512
|
0,070
|
150,068
|
0,524
|
14,954
|
0,035
|
188,738
|
0,571
|
18,817
|
0,030
|
264,72
|
0,666
|
26,405
|
0,025
|
325,1
|
0,761
|
32,434
|
0,023
|
529,308
|
20,570
|
50,874
|
0,404
|
742,33
|
136,432
|
60,590
|
2,252
|
1010,72
|
388,128
|
62,259
|
6,234
|
3A
|
49,335
|
0
|
4,934
|
0
|
95,79
|
0,666
|
9,512
|
0,070
|
150,068
|
6,541
|
14,353
|
0,456
|
188,738
|
15,414
|
17,332
|
0,889
|
264,72
|
32,171
|
23,255
|
1,383
|
325,1
|
42,076
|
28,302
|
1,487
|
529,308
|
85,156
|
44,415
|
1,917
|
742,33
|
180,529
|
56,180
|
3,213
|
1.010,72
|
424,763
|
58,596
|
7,249
|
3B
|
49,335
|
0,164
|
4,917
|
0,033
|
95,79
|
0,707
|
9,508
|
0,074
|
150,068
|
1,969
|
14,810
|
0,133
|
188,738
|
5,931
|
18,280
|
0,324
|
264,72
|
19,281
|
24,544
|
0,786
|
325,1
|
35,360
|
28,974
|
1,220
|
529,308
|
102,727
|
42,658
|
2,408
|
742,33
|
208,684
|
53,365
|
3,911
|
1.010,72
|
455,970
|
55,475
|
8,219
|
4
|
935,94
|
114,3446
|
82,15954
|
1,391738
|
1.259,6
|
263,9038
|
99,56962
|
2,650445
|
1.569,8
|
546,5598
|
102,324
|
5,341462
|
1731
|
683,8237
|
104,7176
|
6,530168
|
2.001
|
921,9233
|
107,9077
|
8,543631
|
2.102
|
1.018,661
|
108,3339
|
9,402968
|
2.325
|
1.227,361
|
109,7639
|
11,18183
|
Chú thích:
Ccb: Nồng độ xanh methylen sau hấp phụ, đơn vị mg/l
Q: Dung lượng hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị mg/g
H: Hiệu suất hấp phụ của VL với dung dịch xanh methylen, đơn vị %
Các VL từ vỏ trấu và bã mía được tiến hành hấp phụ đối với dung dịch xanh methylen ở dải nồng độ từ 49,355 mg/l đến 1.010,72 mg/l. Trong dải nồng độ này, dung lượng hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ xanh methylen. Tuy nhiên, dung lượng hấp phụ sẽ tăng đến một giá trị nhất định (gọi là dung lượng hấp phụ cực đại) sau đó sẽ giảm dần. Để xác định dung lượng hấp phụ cực đại đối với xanh methylen, ta sử dụng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir. Phương trình được biểu diễn trên biểu đồ số 4.15 và 4.16. Các giá trị dung lượng hấp phụ cực đại được thể hiện trong bảng 4.11.
Hình 4.15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với dung dịch xanh methylen của các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 4
Hình 4.16. Sự phụ thuộc của Ccb/q và Ccb với dụng dịch xanh methylen của các VL 1A, 1B, 2A, 3A, 3B, 4
Bảng 4.11. Dung lượng hấp phụ cực đại của các vật liệu hấp phụ đối với dung dịch Xanh methylen
VL
|
Sự phụ thuộc của Ccb/Q và Ccb
|
qmax (mg/g)
|
1A
|
y = 0,042x + 1,8139
|
23,809
|
1B
|
y = 0,0453x + 1,6323
|
22,075
|
2A
|
y= 0,016x + 0,03
|
62,5
|
3A
|
y = 0,0161x + 0,4394
|
62,11
|
3B
|
y= 0,0176x + 0,2707
|
56,818
|
4
|
y = 0,009x + 0,2528
|
111,111
|
Các VL 2A, VL 3A, VL 3B lần lượt có dung lượng hấp phụ cực đại là 62,5 mg/g; 62,11 mg/g; 56,818 mg/g. Các giá trị này cao hơn gấp hơn 2 lần so với VL thô 1A và 2A, có khả năng hấp phụ tốt, tốt gần bằng than hoạt tính (VL 4) – là thương phẩm đã được bán trên thị trường.
4.2.3. Đánh giá khả năng hấp phụ của các vật liệu với mẫu nước chứa chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm
Các chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm dùng để thử nghiệm vật liệu là axit axetic và xanh methylen. Hai chất này có cấu tạo và tính chất hoàn toàn trái ngược nhau. Nếu sử dụng chúng để đánh giá khả năng hấp phụ của vật liệu thì đảm bảo tính khách quan, toàn diện của nghiên cứu. Axit axetic là một axit hữu cơ, có tên gọi khác là etanoic, công thức phân tử là CH3COOH, là một hợp chất phân cực. Các hợp chất hữu cơ cao phân tử như tinh bột, đường, xenlulozo khi bị thủy phân trong môi trường nước sẽ tạo ra các sản phẩm hữu cơ đơn giản hơn, trong đó có axit axetic, axit lactic ...
Nếu như việc sử dụng axit axetic làm chất bị hấp phụ là do chúng rẻ tiền, dễ kiếm, là một trong những sản phẩm của quá trình thủy phân của chất hữu cơ trong nước thải tại làng nghề Dương Liễu thì việc sử dụng xanh methylen làm chất bị hấp phụ thứ hai lại có một nguyên nhân khác. Xanh methylen khi pha thành dung dịch có màu xanh đậm đặc trưng, khi tiến hành hấp phụ ta có thể đánh giá khả năng hấp phụ thông qua việc quan sát sự thay đổi màu dung dịch. Mặt khác, xanh methylen là một hợp chất không phân cực, có cấu trúc phân tử dạng dị vòng, có khối lượng phân tử lớn, công thức cấu tạo là C16H18N3SCl. Nếu VL chế tạo có khả năng hấp phụ tốt với cả axit axetic và xanh methylen thì sẽ có khả năng xử lý được nhiều loại nước thải ô nhiễm chất hữu cơ khác nhau.
Sau khi khảo sát trong phòng thí nghiệm đối với cả 2 dung dịch trên, ta rút ra một số nhận xét như sau:
Sản phẩm thô là VL 1A và 1B có dung lượng hấp phụ thấp nhất, VL 2A có dung lượng hấp phụ cực đại đối với axit axetic là cao nhất; đối với xanh methylen cao thứ hai sau than hoạt tính. Các VL 2B, 3A, 3B có dung lượng hấp phụ cực đại gần như tương đương nhau và thấp hợn VL 2A.
VL 4 có khả năng hấp phụ xanh methylen cao hơn so với các VL khác, nguyên nhân có thể do thành phần hóa học của VL 4 chủ yếu là Cacbon (trên 95%), còn các VL khác, đa dạng về thành phần hóa học hơn. Xanh methylen là một hợp chất không phân cực, chúng dễ dàng bị hấp phụ bởi các vật liệu có tính chất tương tự.
Như vậy, các VL biến tính đều có khả năng hấp phụ tốt các chất hữu cơ trong phòng thí nghiệm. Vì vậy, nghiên cứu sẽ tiếp tục tiến hành với các VL biến tính để đánh giá khả năng hấp phụ chất hữu cơ trong mẫu nước thải thực tế tại làng nghề xã Dương Liễu.
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |