TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về Asen
1.1.1 Dạng tồn tại của Asen trong tự nhiên
Asen (số hiệu nguyên tử 33) là một nguyên tố phổ biến, đứng thứ 20 trong tự nhiên với khoảng 0.00005% trong vỏ trái đất, xếp thứ 14 trong nước biển và thứ 12 trong cơ thể người Nó có mặt trong hầu hết các loại đá với hàm lượng từ 0,5 đến 2,5 mg/Kg Asen tồn tại dưới dạng tinh thể màu xám bạc, có tính ròn, khối lượng nguyên tử 74,9, trọng lượng riêng 5,73, tan chảy ở 817°C (dưới áp suất 28 atm) và sôi ở 613°C Kể từ khi được tinh chế vào năm 1250 bởi Albertus Magnus, asen đã luôn là chủ đề gây tranh cãi.
Asen di chuyển trong tự nhiên nhờ các yếu tố như thời tiết, hệ sinh vật, hoạt động địa lý, phun trào núi lửa và tác động của con người Hằng năm, khoảng 612x10^8 đến 2380x10^8 gam asen được đưa vào các đại dương thông qua sự sói mòn đất và thẩm thấu Mặc dù phần lớn vấn đề asen trong môi trường xuất phát từ sự lưu chuyển tự nhiên, nhưng các hoạt động khai thác mỏ, khai thác nhiên liệu hóa thạch, cùng với việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, chất làm khô nông sản và phụ gia có asen trong thức ăn chăn nuôi cũng góp phần làm gia tăng ô nhiễm asen.
Asen tồn tại với số oxi hóa -3, 0, +3 và +5 Các trạng thái tự nhiên bao gồm các asenious axit (H 3 AsO 3 , H 3 AsO 3 , H 3 AsO 3 2- ,…), các asenic axit (H3AsO 4 ,
Asen trong tự nhiên tồn tại chủ yếu dưới hai dạng: asenit (AsO3^3-) và asenat (AsO4^3-), được phân loại thành As (III) và As (V) Dạng As (V) bao gồm các hợp chất như AsO4^3-, HAsO4^2- và H2AsO4^-, trong khi dạng As (III) bao gồm H3AsO3, H2AsO3^-, HAsO3^2- và AsO3^3- Sự tồn tại của các dạng asen này phụ thuộc vào điều kiện môi trường.
Arsen (As) tồn tại chủ yếu dưới hai dạng: As (III) và As (V), và sự cân bằng axit-bazơ ảnh hưởng đến sự hiện diện của các dạng này Do đó, sự xuất hiện của các dạng chính và phụ của arsen phụ thuộc vào pH của môi trường.
As(OH) 3 sẽ phân ly liên tiếp trong môi trường như sau:
Hình 1.1 Ảnh hưởng của pH đến dạng tồn tại của Asen
Hình 1.1 cho thấy tại PH trung tính, H 3 AsO 3 chiếm tỉ lệ chính trong khi
H2AsO3 chỉ chiếm tỷ lệ rất nhỏ (1
K f , n được xác định bằng thực nghiệm q e
Hình 2.10 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich
Phương trình Freundlich mô tả chính xác dữ liệu thực nghiệm trong vùng nồng độ thấp của chất bị hấp phụ, đặc biệt là ở các vùng ban đầu và giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt Để xác định các hằng số trong phương trình này, ta có thể chuyển đổi phương trình hàm mũ thành dạng phương trình đường thẳng: ln q e = ln k f + (1/n) ln C e.
Hình 2.11 Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich
2.4.4 Xác định giá trị pH trung hòa điện của vật liệu
Giá trị trung hòa điện (Point of zero charge - pH pzc) là pH tại đó bề mặt vật liệu có điện tích trung hòa Phương pháp xác định giá trị này dựa trên giả thiết rằng các ion H+ và OH- quyết định điện tích, với vật liệu trong dung dịch sẽ hấp phụ H+ hoặc OH- Điện tích bề mặt của vật liệu thay đổi theo pH của dung dịch, khi trong môi trường axit, các phân tử kim loại có thể liên kết với proton và mang điện tích dương, trong khi trong môi trường kiềm, chúng sẽ mất proton và mang điện tích âm.
Phương pháp xác định pH pzc bao gồm việc cho một lượng vật liệu vào dung dịch KCl 0,1M và điều chỉnh pH của dung dịch từ 2-12 bằng dung dịch KOH 0,1M hoặc HCl 0,1M Sau khi đạt trạng thái cân bằng, pH của dung dịch được xác định lại, gọi là pH sau (pH f ) Từ đó, tính ∆pH = pH f – pH Đồ thị pH và ∆pH được vẽ, và điểm cắt trục Ox của đồ thị cho biết giá trị pHpzc của vật liệu, với kết quả được trình bày là pHpzc = 6,5.
Hình 2.12 Đồ thị xác định pH pzc của vật liệu
Khảo sát khả năng hấp phụ asen và phot phat của laterit tự nhiên
3.1.1 Khả năng hấp phụ asen của laterit tự nhiên
Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ asen trên Laterit tự nhiên được thực hiện bằng cách cho 1 g vật liệu vào 50 ml dung dịch asen nồng độ 1 ppm (Co) và lắc trong 300 phút pH của dung dịch được điều chỉnh từ 4 đến 10 bằng dung dịch NaOH 0,1 M và HCl 0,1 M Sau đó, hàm lượng asen còn lại (C a ) được xác định bằng phương pháp thủy ngân Bromua, từ đó tính toán dung lượng hấp phụ q (mg/g) Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.1.
Bảng 3.1 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH tới hấp phụ As của Laterit tự nhiên pH C o (mg/l) C a (mg/l) q a (mg/g)
Hình 3.1 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng pH đến hấp phụ As của Laterit tự nhiên
Kết quả cho thấy, trong cùng điều kiện nhiệt độ, tốc độ lắc và thời gian 300 phút, khả năng hấp phụ asen của vật liệu phụ thuộc rõ rệt vào pH Cụ thể, khoảng pH tối ưu cho việc hấp phụ asen là từ 6-7 Do đó, pH 6-7 sẽ được chọn để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
3.1.1.2 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của Asen Để khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As trên Laterit tự nhiên, ta tiến hành hấp phụ 50 ml As có nồng độ đầu (C 0 ) là 1 ppm trong 1g vật liệu Tiến hành lắc và lấy mẫu đem phân tích tại các thời điểm từ 60- 420 phút đƣợc kết quả nhƣ bảng 3.2 và hình 3.2
Bảng3.2 Kết quả khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As của Laterit tự nhiên
Thờigian (phút) C 0 (mg/l) C a (mg/l) q a (mg/g)
Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn thời gian cân bằng hấp phụ As của Laterit tự nhiên
Trong 300 phút đầu, tải trọng hấp phụ tăng dần theo thời gian và sau đó ổn định, cho thấy quá trình hấp phụ đã đạt đến trạng thái cân bằng Vì vậy, các nghiên cứu tiếp theo sẽ được thực hiện trong khoảng thời gian 300 phút.
3.1.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ asen Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đầu đến quá trình hấp phụ asen các thí nghiệm đƣợc tiến hành với nồng độ đầu từ 20 đến 100 ppm trong 1g vật liệu Laterit tự nhiên ở pH tối ƣu, lắc trong 5h Với tải trọng hấp phụ của vật liệu đƣợc xác định sau thời gian cân bằng và biểu diễn dưới dạng đại lượng Ca/q a để thiết lập phương trình dạng tuyến tính Langmuir Trên cơ sở đó tính toán, ta thu được các kết quả nhƣ bảng 3.3 và đƣợc biểu diễn trên hình 3.3
Bảng 3.3 Kết quả khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại của Laterit tự nhiên
Hình 3.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của Laterit tự nhiên
Theo phương trình tuyến tính mô hình Langmuir, tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu Laterit tự nhiên đối với asen được tính là q max = 1/0,199 = 5,02 mg/g.
3.1.2 Khả năng hấp phụ photphat của laterit tự nhiên
Cho 1 g Laterit tự nhiên vào 50ml dung dịch photphat nồng độ ban đầu (C o ), điều chỉnh pH dung dịch 4 - 10 bằng dung dịch NaOH 0,1 M và HCl 0,1 M, lắc trong 4 giờ, để lắng 30 phút, lọc trên giấy lọc băng xanh Phân tích nồng độ photphat còn lại (C p ) trong dung dịch bằng phương pháp trắc quang Kết quả tính toán lƣợng ion hấp phụ trên vật liệu đƣợc thể hiện trên bảng 3.4
Bảng 3.4 Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu thô pH C 0 (ppm) C p (ppm) q p (mg/g)
Kết quả nghiên cứu cho thấy quặng laterit tự nhiên có khả năng hấp phụ tốt nhất trong khoảng pH 6-8, điều này mở ra cơ hội thuận lợi cho việc ứng dụng xử lý photphat trong thực tiễn.
3.1.2.2 Ảnh hưởng của thời gian đạt trạng thái cân bằng hấp phụ
Cho 1g Laterit tự nhiên lắc với 50 ml dung dịch photphat nồng độ 10 ppm trong khoảng thời gian từ 15 đến 240 phút Sau khi lắc, tiến hành lắng và lọc bằng giấy lọc băng xanh Nồng độ photphat còn lại trong dung dịch được phân tích bằng phương pháp trắc quang, từ đó tính toán lượng ion hấp phụ trên vật liệu Kết quả được trình bày trong bảng 3.5 và hình 3.4.
Bảng 3.5 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ photphat của laterit tự nhiên
Hình 3.4 Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ photphat của Laterit tự nhiên
Kết quả nghiên cứu cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu Laterit tự nhiên là 90 phút Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo, thời gian hấp phụ được lựa chọn cho vật liệu thô cũng là 90 phút.
3.1.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ PO 4 3- của Laterit
Cho 1g laterit tự nhiên lắc với 50 ml dung dịch photphat ở các nồng độ 5, 10,
Nghiên cứu được thực hiện với nồng độ photphat 20, 30, 40, 60, 80, 100 ppm ở pH tối ưu, lắc trong 90 phút, sau đó để lắng và lọc bằng giấy lọc băng xanh Nồng độ photphat còn lại trong dung dịch được phân tích bằng phương pháp trắc quang Từ đó, tính toán lượng ion hấp phụ trên vật liệu, với kết quả được trình bày trong bảng 3.6 và hình 3.5.
Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ photphat của laterit
Nồng độ sau hấp phụ C p (ppm)
Hình 3.5 Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới quá trình hấp phụ photphat của laterit tự nhiên
Hình 3.6 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của laterit tự nhiên
Hình 3.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich của laterit tự nhiên
Khảo sát các điều kiện để chế tạo vật liệu hấp phụ As từ Laterit
3.2 Khảo sát điều kiện biến tính Laterit để chế tạo vật liệu hấp phụ As
3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl Để khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl hoạt hóa vật liệu tới khả năng hấp phụ As tiến hành nhƣ sau: lấy 1g vật liệu vào 5 bình, lắc nhẹ trong 50 ml dung dịch As có nồng độ 1 ppm và dung dịch ở pH trung tính trong thời gian 300 phút, lọc và phân tích nồng độ As còn lại trong dung dịch Nồng độ axit HCl hoạt hóa 0,1M; 0,5M; 1M; 3M; 6M đƣợc kí hiệu lần lƣợt là A1, A2, A3, A4, A5
Bảng 3.7 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ axit HCl biến tính tới khả năng hấp phụ As
Vật liệu C o (mg/l) C a (mg/l) q a (mg/g)
Hình 3.8 Ảnh hưởng của nồng độ axit HCl hoạt hóa tới khả năng hấp phụ Asen
Theo đồ thị, nồng độ HCl 3M cho thấy khả năng hấp phụ As cao nhất Do đó, các thí nghiệm tiếp theo sẽ sử dụng HCl với nồng độ 3M để tiến hành hoạt hóa Laterit.
3.2.2 Ảnh hưởng của hàm lượng Lantan clorua Để khảo sát ảnh hưởng của lượng La(III) gắn lên vật liệu đã được hoạt hóa tới khả năng hấp phụ As tiến hành nhƣ sau: Lấy mỗi loại vật liệu 1g lắc nhẹ trong 50ml dung dịch As có nồng độ 1 ppm ở pH 6 - 7 trong thời gian 300 phút để yên quan sát dung dịch, để lắng, lọc và phân tích nồng độ của As còn lại trong dung dịch Hàm lƣợng La(III) ngâm tẩm 1%, 2%, 3%, 4%, 5% đƣợc kí hiệu lần lƣợt là : B1, B2, B3, B4, B5
Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ảnh hưởng hàm lượng La(III) ngâm tẩm đến khả năng hấp phụ As của vật liệu
Vật liệu C o (mg/l) C a (mg/l) q a (mg/g)
Hình 3.9 Khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng Lantan ngâm tẩm đến khả năng hấp phụ As của vật liệu
Vật liệu B3, với hàm lượng Lantan ngâm tẩm 3%, cho thấy dung lượng hấp phụ đối với As đạt 0,043 mg/g, gấp 1,26 lần so với vật liệu chưa gắn La(III) Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào vật liệu B3 Điều kiện tối ưu để biến tính Laterit bao gồm: sấy vật liệu thô ở 100°C trong 24 giờ, ngâm trong dung dịch HCl 3M trong 4 giờ, thêm 3% La(III) và ngâm thêm 4 giờ, trung hòa bằng NaOH để đạt pH 6-7, ngâm 8 giờ, sau đó rửa và sấy ở 65°C trong 6 giờ Chúng tôi sẽ tiến hành biến tính 100 g vật liệu B3 để khảo sát các thí nghiệm tiếp theo.
Đặc trƣng cấu trúc của vật liệu
3.3.1 Bề mặt vật liệu biến tính qua kính hiển vi điện tử quét SEM
Tiến hành chụp mẫu vật liệu trước và sau khi biến tính ta thu được kết quả nhƣ sau:
Hình 3.10 Laterit trước khi biến tính Hình 3.11 Laterit sau khi biến tính
Bề mặt vật liệu sau khi được biến tính trở nên gồ ghề hơn và có nhiều khe hở hơn, dẫn đến việc tăng diện tích bề mặt so với trước khi biến tính Trên bề mặt này hình thành một lớp màng được cho là của Latan(III) trên sắt(III) hidroxit.
3.3.2 Kết quả xác định thành phần theo phương pháp EDX
Mẫu vật liệu Laterit tự nhiên và Laterit biến tính bằng La(III) đƣợc phân tích bằng phương pháp EDX cho kết quả lần lượt như sau:
Hình 3.12 Phổ EDX của Laterit tự nhiên
Bảng 3.9 Kết quả thành phần nguyên tố của Laterit tự nhiên
Nguyên tố O Al Si K Ti Fe Tổng
Quặng Laterit tự nhiên chủ yếu chứa các thành phần như sắt (Fe) với tỷ lệ 16,72% và nhôm (Al) chiếm 12,78% Ngoài ra, quặng còn có một số kim loại khác như kali (K), titan (Ti) và silicon (Si) Các thành phần khối lượng và nguyên tử của quặng được phân tích cho thấy sự đa dạng trong cấu trúc hóa học của nó.
Hình 3.13 Phổ EDX của Laterit sau biến tính
Bảng 3.10 Kết quả thành phần nguyên tố của Laterit sau khi biến tính
Nguyên tử O Al Si K Ti La Fe Tổng
Thành phần khối lƣợng(%) 33,73 16,83 13,96 0,71 1,42 2,88 30,47 100 Thành phần nguyên tử (%) 48,56 15,94 13,1 1,41 3,13 2,34 15,52 100
Với vật liệu ngâm tẩm 3% La, kết quả cho thấy, sau khi biến tính lƣợng Lantan đã bám đƣợc trên bề mặt Laterit
3.3.3 Xác định pH trung hòa điện của vật liệu Laterit biến tính
Lấy vật liệu laterit biến tính, hòa tan vào dung dịch KCl 0,1M và điều chỉnh pH từ 2-12 bằng dung dịch KOH 0,1M hoặc HCl 0,1M Sau khi đạt trạng thái cân bằng, xác định lại pH của dung dịch, được gọi là pH sau (pH f ).
Để xác định pH pzc của vật liệu, tính toán ∆pH = pH f – pH được thực hiện Đồ thị biểu diễn pH và ∆pH sẽ cắt trục Ox tại giá trị pH pzc, như thể hiện trong bảng 3.11 và hình 3.14.
Bảng 3.11 Kết quả xác định pH pzc của vật liệu pH pH f ∆pH
Hình 3.14 chỉ ra rằng pH điểm bão hòa (pH pzc) của vật liệu là 6,5 Điều này cho thấy, khi pH thấp hơn 6,5, bề mặt của vật liệu sẽ có điện tích dương, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc hấp phụ các anion.
Khảo sát khả năng hấp phụ As và photphat trên vật liệu biến tính
3.4.1 Khảo sát khả năng hấp phụ As trên vật liệu biến tính
3.4.1.1 Ảnh hưởng của pH Để khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As trên Laterit biến tính, ta tiến hành hấp phụ 50 ml As nồng độ 1 ppm ở các pH khác nhau (pH= 4 - 10) trong 1g vật liệu Sau 300 phút xác định nồng độ As còn lại, ta đƣợc kết quả nhƣ hình 3.15
Bảng 3.12 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ As của vật liệu pH C o (ppm) C a (ppm) q a (mg/g)
Hình 3.15 Khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ của As
Kết quả khảo sát cho thấy rằng vật liệu hấp phụ asen có hiệu quả tốt nhất ở pH = 6, với dung lượng hấp phụ đạt cực đại trong khoảng pH từ 4 đến pH pzc (6,5) Khi pH vượt quá pH pzc, dung lượng hấp phụ asen giảm do bề mặt vật liệu tích điện dương, làm giảm lực hút tĩnh điện giữa các phần mang điện tích trái dấu Điều này thuận lợi cho quá trình hấp phụ các anion asen, từ đó tăng cường hiệu suất hấp phụ của vật liệu.
3.4.1.2 Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu Để khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ As trên Laterit biến tính, ta tiến hành hấp phụ 50ml As có nồng độ ban đầu là 1ppm trong 1g vật liệu Tiến hành lắc và lấy mẫu đem phân tích tại các thời điểm từ 120 đến 360 phút Ta đƣợc kết quả nhƣ bảng 3.13 và hình 3.16
Bảng 3.13 Kết quả khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ của vật liệu biến tính
Thời gian(phút) C o (ppm) C a (ppm) q a (mg/g)
Hình 3.16 khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ As
Kết quả cho thấy sau 270 phút, vật liệu đã hấp phụ bão hòa As, vì vậy các khảo sát tiếp theo sẽ được thực hiện trong khoảng thời gian này Thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu Laterit biến tính (270 phút) nhanh hơn so với vật liệu chưa biến tính (300 phút).
3.4.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ As
Cân 1 gam vật liệu đã biến tính và lắc trong 50 ml dung dịch As với các nồng độ khác nhau trong 270 phút Sau đó, đo nồng độ As còn lại trong dung dịch để tính toán các giá trị cần thiết cho việc xây dựng hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich Kết quả thu được được trình bày trong bảng 3.14 và hình 3.17.
Bảng 3.14 Khảo sát tải trọng hấp phụ cực đại As của vật liệu biến tính
C o (ppm) C a (ppm) q a (mg/g) C a /q a (g/l) lnC a lnq a
Hình 3.17 Đường tuyến tính Langmuir của vật liệu biến tính
Hình 3.18 Đường tuyến tính Freundlich
Từ phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich, ta tính được tải trọng hấp phụ cực đại As của vật liệu biến tính là: q max =1/0,096 ,42 (mg/g)
Hệ số hồi quy R² cho hai phương trình tuyến tính Langmuir và Freundlich lần lượt là 0,977 và 0,996, cho thấy mô hình Freundlich phù hợp hơn trong việc mô tả quá trình hấp phụ As trên vật liệu Laterit ngâm tẩm Lantan.
Vật liệu Laterit tự nhiên có khả năng hấp phụ tối đa 5,02 mg/g, nhưng sau khi được biến tính, khả năng này tăng lên 10,42 mg/g Quá trình hoạt hóa đã cải thiện đáng kể khả năng loại bỏ As, với tải trọng hấp phụ tăng 2,08 lần so với vật liệu gốc.
3.4.2 Khảo sát khả năng hấp phụ photphat trên vật liệu biến tính
3.4.2.1 Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ PO 4 3-
Chuẩn bị 5 bình nón 250 ml chứa 1g vật liệu biến tính và 50 ml dung dịch photphat với các pH 2, 4, 6, 8, 10 Lắc hỗn hợp trong 120 phút, sau đó lắng trong 30 phút và lọc bằng giấy lọc băng xanh Phân tích nồng độ photphat còn lại trong dung dịch bằng phương pháp trắc quang và tính toán lượng ion hấp phụ trên vật liệu Kết quả được trình bày trong bảng 3.15.
Bảng 3.15 Sự ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính pH C o (ppm) C p (ppm) q p (mg/g)
Kết quả thực nghiệm cho thấy pH ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính, với tải trọng nhỏ hơn ở pH 2 và 10 so với khoảng pH 4 đến 8 Vật liệu biến tính có khoảng pH rộng hơn so với quặng laterit tự nhiên, cho phép ứng dụng hiệu quả hơn Dung dịch PO4 3- có pH khoảng 5 ÷ 6, do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo, dung dịch photphat sẽ được điều chỉnh về pH khoảng 5 ÷ 6.
3.4.2.2 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ PO 4 3- của vật liệu biến tính
Chuẩn bị một dãy bình nón 250 ml chứa 1g vật liệu biến tính và 50 ml dung dịch photphat với nồng độ đã biết Tiến hành lắc hỗn hợp trong khoảng thời gian từ 15 phút trở lên.
Sau 300 phút lọc bằng giấy lọc băng xanh, nồng độ photphat còn lại trong dung dịch được phân tích bằng phương pháp trắc quang Kết quả tính toán lượng ion hấp phụ trên bề mặt vật liệu được trình bày trong bảng 3.16 và hình 3.19.
Bảng 3.16 Ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ PO 4 3- của vật liệu biến tính
0 50 100 150 200 250 300 350 tải tr ọ n g (m g/ g) thời gian (phút)
Hình 3.19 Đồ thị biểu diến sự ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ của
Kết quả cho thấy vật liệu đạt thời gian hấp phụ cân bằng sau 30 phút, nhanh hơn 1/3 so với vật liệu thô Điều này chứng tỏ rằng vật liệu biến tính có hiệu suất hấp phụ tốt hơn Các thí nghiệm tiếp theo cũng xác nhận thời gian hấp phụ ổn định trong khoảng thời gian này.
3.4.2.3 Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ của vật liệu biến tính
Chuẩn bị một dãy bình nón 250 ml chứa 1 g vật liệu biến tính và 50 ml dung dịch photphat với các nồng độ khác nhau Lắc hỗn hợp trong 30 phút, sau đó lọc dung dịch bằng giấy lọc băng xanh Phân tích nồng độ photphat còn lại trong dung dịch bằng phương pháp trắc quang và tính toán lượng ion photphat hấp phụ trên vật liệu Kết quả được trình bày trong bảng 3.17.
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của nồng độ đầu tới khả năng hấp phụ của laterit biến tính
Nồng độ sau hấp phụ C p (ppm)
Tải trọng q p (mg/g) C p /q p lnC p lnq p
Hình 3.20 Ảnh hưởng của nồng độ tới khả năng hấp phụ PO 4 3- của vật liệu
Hình 3.21 Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình Langmuir
Hình 3.22 Đường thẳng xác định các hệ số của phương trình Freundlich
Chỉ số R² của phương trình Freundlich nhỏ hơn chỉ số R² của phương trình Langmuir, cho thấy rằng khả năng hấp phụ photphat của laterit biến tính bằng lantan tuân theo đường đẳng nhiệt Langmuir.
Dựa vào đồ thị ta thấy tải trọng hấp phụ PO 4 3- cực đại của vật liệu laterit biến tính là: q max = 1/0,312 =3,2 (mg/g)
Laterit biến tính có khả năng hấp phụ photphat trong nước ngầm cao hơn khoảng 2,5 lần so với laterit thô, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu quả hấp phụ của vật liệu này.
Khảo sát khả năng ứng dụng thực tế của vật liệu Laterit biến tính La(III)
3.5.1.1 Khả năng hấp phụ asen Để khảo sát khả năng xử lí As bằng mô hình hấp phụ động tiến hành nhƣ sau: Chọn cột hấp phụ là buret 25 ml, đường kính 1 cm Lớp dưới cùng của cột được nhồi một lớp bông Sau đó nhồi 5 g vật liệu vào cột, cho mẫu nước có chứa As
1 mg/l qua cột với tốc độ dòng 1 ml/phút theo hình 3.23
Hình 3.23 Hấp phụ As bằng mô hình động
Bảng 3.18 Kết quả xử lí As bằng mô hình hấp phụ động
Hình 3.24 Khảo sát khả năng xử lí As bằng mô hình hấp phụ động
V (ml) C a (mg/l) q a (mg/g) V(ml) C a (mg/l) q a (mg/g)
Từ đồ thị ta thấy V00 ml thì cột bão hòa chất bị hấp phụ
3.5.1.2 Khả năng hấp phụ photphat bằng mô hình hấp phụ động
Mẫu nước ngầm khảo sát khả năng hấp phụ photphat của vật liệu laterit biến tính được thu thập tại Hà Đông, Hà Nội Thành phần tạp chất trong nước bao gồm: Fe 18.4 ppm, Ca 102.5 ppm, Mn 0.98 ppm, As 0.49 ppm và NH4 18.4 ppm.
PO 4 3- 7.3 ppm Thiết lập hệ thống chạy cột nhƣ hình 3.23 gồm một cột nhồi chứa 5 g vật liệu biến tính Tốc độ dòng chảy qua cột là 1 ml/ phút Sau khi đƣợc 20 ml dung dịch ở đầu ra của thiết bị thì ta mang đi đo độ hấp phụ quang để xác định nồng độ photphat có trong dung dịch sau hấp phụ Ta thực hiện tới khi đạt đƣợc cân bằng hấp phụ Kết quả đƣợc thể hiện trong hình 3.25
Bảng 3.19 Khảo sát khả năng hấp phụ động của laterit biến tính
Hình 3.25 Xử lí photphat trong mẫu thực tế bằng vật liệu biến tính
Nồng độ photphat trong nước mặt loại A 1 là
