ĐẶng thị quỳnh lan nghiên cứu tổng hợp và Ứng dụng của một số VẬt liệu khung kim loại-hữu cơ. Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý


Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ asen của vật liệu MIL-53(Fe) và MIL-88B



tải về 8.99 Mb.
trang46/51
Chuyển đổi dữ liệu08.06.2018
Kích8.99 Mb.
1   ...   43   44   45   46   47   48   49   50   51

Nghiên cứu động học quá trình hấp phụ asen của vật liệu MIL-53(Fe) và MIL-88B

  1. Điểm đẳng điện của MIL-53(Fe)


Điểm đẳng của một chất rắn là điểm mà tại đó điện thế zeta bằng không. Điểm đẳng điện có thể xác định bằng cách điều chỉnh pH đến một giá trị thích hợp và đây là cơ sở để giải thích cơ chế hấp phụ của vật liệu. Trong luận án này, chúng tôi xác định điểm đẳng điện của MIL-53(Fe) trong môi trường NaCl. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của pH vào pHi được trình bày trong Hình 3.47.

Hình 3. 47. Đồ thị pH theo pHi của MIL-53(Fe)

Bề mặt MIL-53(Fe) (ký hiệu R-OH) sẽ tích điện dương khi ở trong môi trường pH thấp (dưới điểm đẳng điện) theo phản ứng:

-ROH + H+OH-  -ROH2+ + OH-

Khi MIL-53(Fe) ở trong môi trường pH cao (trên điểm đẳng điện) thì bề mặt của nó sẽ tích điện âm

-ROH + H+OH-  -RO(OH)2- + H+



Như vậy, bề mặt vật liệu sẽ có khuynh hướng tích điện âm khi pH cao và tích điện dương khi pH thấp. Tại một giá trị pH trung gian nào đó, bề mặt vật liệu không tích điện và thế zeta bằng 0, đó là điểm đẳng điện (isoeclectric point - ký hiệu là i.e.p). Giá trị pH tại i.e.p là pHi.e.p. Các ion tạo ra sự tích điện bề mặt được gọi là ion quyết định thế của hệ. Ion H+ và OH- là ion quyết định thế đối với MIL-53(Fe) và cho nhiều trường hợp oxit và khoáng chất khác. Khi MIL-53(Fe) đưa vào dung dịch với pH thấp hơn pH đẳng điện, bề mặt của nó xảy ra phản ứng ở môi trường pH thấp. Giá trị pH tăng bởi vì phản ứng ở môi trường pH thấp tạo ra nhóm hydroxyt OH-, vì vậy, pH nhận giá trị dương. Ngược lại, khi vật liệu MIL-53(Fe) đưa vào môi trường có pH cao hơn pH đẳng điện, bề mặt nó xảy ra phản ứng ở môi trường pH cao, pH của dung dịch giảm là do phản ứng ở môi trường pH cao sinh ra proton H+, pH nhận giá trị âm. Giá trị pH mà tại đó pH tiến tới 0 chính là pHi.e.p. Kết quả ở Hình 3.47 cho thấy, pHi.e.p của MIL-53(Fe) khoảng 5,5.
  1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ


  1. Ảnh hưởng nồng độ ban đầu của As(V)

Hiệu suất quá trình loại bỏ As(V) được tính theo công thức:



Kết quả quá trình hấp phụ bão hoà As(V) ở các nồng độ As(V) khác nhau trên vật liệu MIL-88B và MIL-53(Fe) được trình bày ở Hình 3.48.

b


Hình 3.48. Đường hấp phụ đẳng nhiệt của As (V) trên (a) MIL-53(Fe), (b)MIL-88B

Quan sát Hình 3.48a ta thấy, đối với MIL-53(Fe), khi tăng nồng độ Ce ở trạng thái cân bằng của dung dịch As(V) (nồng độ thấp 0-10 ppm) thì khả năng hấp phụ ở trạng thái cân bằng tăng tuyến tính. Nhưng, ở nồng độ cao hơn từ 10-20 ppm, khả năng hấp phụ tăng không đáng kể, dung lượng hấp phụ đã bão hoà. Còn đối với MIL-88B ở Hình 3.48b, khi tăng nồng độ Ce ở trạng thái cân bằng của dung dịch As(V) từ 0 đến 5ppm, thì khả năng hấp phụ ở trạng thái cân bằng tăng tuyến tính. Tuy nhiên, ở nồng độ từ 5-15 ppm, dung lượng hấp phụ bão hoà tăng không đáng kể. Như vậy, khả năng hấp phụ của hai vật liệu này đều phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của dung dịch As(V).



  1. Ảnh hưởng của pH

Hình 3.49 trình bày ảnh hưởng của pH đến hiệu suất loại bỏ As(V) trên vật liệu MIL-53(Fe) và MIL-88B.

pH là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ asen. Để xác định giá trị pH cho quá trình hấp phụ As(V) trên vật liệu MIL-53(Fe) và MIL-88B, chúng tôi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất loại bỏ As(V).

Hình 3.49. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất loại bỏ As(V) trên MIL-53(Fe) và MIL-88B (Nồng độ ban đầu 5mg/L; m/V= 1g/L; T= 250C, tốc độ khuấy 150v/p; thời gian hấp phụ 100 phút;)



Từ Hình 3.49 ta thấy, hiệu suất loại bỏ As(V) trên MIL-53(Fe) và MIL-88B là khoảng 99% ở mức pH = 5. Khi giá trị pH = 9, hiệu suất loại bỏ As(V) giảm còn khoảng 93%, nhưng khi pH = 11, hiệu suất loại bỏ As(V) giảm xuống còn 87% (MIL-53(Fe)) và 89% (MIL-88B). Dựa vào điểm đẳng điện của MIL-53(Fe) ta thấy, ở pH < 5,5 (pHi.e.p = 5,5) bề mặt vật liệu MOFs tích điện dương, ở pH > 5,5 tích điện âm. Trong khi đó As(V) tồn tại trong hợp chất H3AsO4 ở pH < 2,2 (pKa1), H2AsO4 ở pH = 2,2-6,9 (pKa2), HAsO4-2 ở pH = 6,9 -11,5 (pKa3) và AsO4-3 ở pH > 11,5 [46]. Khả năng hấp phụ As (V) cao của MIL-53(Fe) và MIL-88B có thể được giải thích là do ở pH = 3- 5,5, bề mặt MIL-53(Fe) và MIL-88B tích điện dương, As (V) tồn tại dạng H2AsO4, phối tử anion với khả năng đóng góp một cặp electron tương tác mạnh với cation trung tâm Fe3+ (axit Lewis) trong vật liệu theo tương tác axit-bazơ. Ngoài ra, còn có tương tác tĩnh điện giữa cation trung tâm Fe3+ trong khung mạng của vật liệu và anion H2AsO4-. Do đó, sự kết hợp của hai tương tác này dẫn đến làm tăng khả năng hấp phụ As (V) của MIL-53(Fe) và MIL-88B. Khi pH tăng, bề mặt vật liệu ít tích điện dương hơn, tương tác giữa MIL-53(Fe) và MIL-88B với As (V) trở nên ít hơn, nên khả năng hấp phụ As(V) giảm. Cơ chế hấp phụ của asen trên vật liệu MIL-53(Fe) được đưa ra ở Hình 3.50.

Cơ chế của quá trình hấp phụ Asen:






1   ...   43   44   45   46   47   48   49   50   51


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương