HỌc viện nông nghiệp việt nam


KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU VỚI CÁC MẪU NƯỚC CHỨA CHẤT HỮU CƠ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM



tải về 7.65 Mb.
trang3/7
Chuyển đổi dữ liệu07.01.2018
Kích7.65 Mb.
#35876
1   2   3   4   5   6   7

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.


tải về 7.65 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:
1   2   3   4   5   6   7




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2024
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương