Chương 3. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng
Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 2. Tính kết quả trung bình của các thí nghiệm, tính nồng độ Cu2+ (N) trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức 1.10, từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức 1.12 và hiệu suất hấp phụ theo công thức 1.2, ta thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.5.
ảng 3.5: Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
Thời gian
Các thông số hấp phụ Nồng đầu Co
(N)
Nồng độ cân bằng Ccb (N)
Độ hấp phụ a (mg/g)
Hiệu suất hấp phụ H%
5 0,02 3,05.10-3 27,13 84.77
10 0,02 2,02.10-3 28,77 89,90
20 0,02 1,82.10-3 29,09 90,90
30 0,02 1,80.10-3 29,12 91,00
40 0,02 1,80.10-3 29,12 91,00
50 0,02 1,82.10-3 29,09 90,90
60 0,02 1,80.10-3 29,12 91,00
Từ số liệu ở bảng 3.5 ta vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.2.
Hình 3.2: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
Từ hình 3.2 cho thấy trong khoảng thời gian khảo sát (5 60 phút), 5 phút đầu quá trình hấp phụ xảy ra nhanh, hiệu suất hấp phụ cũng tăng nhanh nên đồ thị có đường dốc gần như thẳng đứng vì ban đầu bề mặt trống của VLHP còn rất lớn nên quá trình hấp phụ xảy ra dễ dàng. Từ 5 đến 10 phút độ dốc của đồ thị giảm, là đường thẳng nghiên, nguyên nhân là do lúc này phần lớn tâm hoạt động trên bề mặt VLHP đã đƣợc lắp đầy làm quá trình hấp phụ xảy ra chậm nên hiệu suất cũng tăng chậm. Từ 10 phút trở đi hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ tương đối ổn định nên đồ thị có đường thẳng gần như nằm ngang. Do sau một thời gian, bề mặt trống còn lại rất nhỏ, tâm hoạt động rất ít nên quá trình hấp phụ xảy ra chậm, đồng thời xuất hiện lực đẩy do tương tác tĩnh điện giữa các ion Cu2+ đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ với các ion Cu2+ trong dung dịch gây cản trở, làm quá trình hấp phụ càng khó xảy ra hơn, nên hiệu suất hấp phụ không tăng nữa.[27]
Từ kết quả trên cho thấy thời gian khuấy (thời gian tiếp xúc của VLHP với ion kim loại) càng lâu thì hiệu suất hấp phụ càng cao và từ 20 phút đến 60 phút thì hiệu suất hấp phụ gần nhƣ không đổi. Chứng tỏ trong khoảng thời gian này sự hấp phụ đã gần nhƣ đạt cân bằng. Vì vậy, chúng tôi chọn 30 phút thời gian tốt nhất để thực hiện các nghiên cứu tiếp theo.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 10 20 30 40 50 60 70
H%
Thời gian (phút)
3.3.2. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của pH
Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 3. Tính kết quả trung bình của các thí nghiệm, tính nồng độ Cu2+ (N) trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức 1.10, từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức 1.12 và hiệu suất hấp phụ theo công thức 1.2, ta thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.6.
ảng 3.6: Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
pH
Các thông số hấp phụ Nồng đầu Co
(N)
Nồng độ cân bằng Ccb (N)
Độ hấp phụ a (mg/g)
Hiệu suất hấp phụ H%
1,00 0,02 19,20.10-3 1,28 4,00
2,01 0,02 14,00.10-3 9,60 30,00
3,01 0,02 4,61.10-3 24,61 76,90
4,00 0,02 2,20.10-3 28,48 89,00
5,01 0,02 1,80.10-3 29,12 91,00
Từ số liệu ở bảng 3.6 ta vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ ion Cu2+
của VLHP 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 1 2 3 4 5 6
H%
pH
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy trong khoảng pH từ 1 4 hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ tăng nhanh, còn ở pH từ 4 5 thì tăng chậm. Khi pH tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng và khả năng hấp phụ của VLHP đối với ion Cu2+ trong dung dịch tốt nhất là ở pH = 5. Tuy nhiên khi pH lớn hơn 5 thì bắt đầu xuất hiện kết tủa Cu(II) hiđroxit. Do đó pH = 5 đƣợc chọn là pH tốt nhất để thực hiện các nghiên cứu về quá trình hấp phụ ion Cu2+ của VLHP.
Môi trường pH càng thấp thì hiệu suất hấp phụ của VLHP đối với các cation càng giảm. Vì khi pH thấp, trong môi trường axit mạnh, các phần tử của chất hấp phụ và chất bị hấp phụ đều được tích điện dương nên lực tương tác là lực đẩy tĩnh điện.
Hơn nữa, khi nồng độ ion H+ cao thì trong hỗn hợp sẽ có phản ứng cạnh tranh giữa các cation kim loại với ion H+ trong sự hấp phụ, kết quả làm giảm sự hấp phụ ion kim loại.
Tương tự, khi pH tăng cao, nồng độ ion H+ giảm, trong khi nồng độ cation kim loại gần nhƣ không đổi, thì lực đẩy tĩnh điện cũng nhƣ sự hấp phụ cạnh tranh đều giảm nên quá trình hấp phụ ion Cu2+ xảy ra dễ dàng hơn, làm hiệu suất hấp phụ của VLHP tăng [12]. Tuy nhiên, nếu pH tăng cao hơn nữa có thể dẫn đến hình thành phức hiđroxo của cation kim loại nên làm cản trở sự hấp phụ của VLHP.[33]
3.3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP
Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 4. Tính kết quả trung bình của các thí nghiệm, tính nồng độ Cu2+ (N) trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức 1.10, từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức 1.12 và hiệu suất hấp phụ theo công thức 1.2, ta thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.7.
ảng 3.7: Ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
Khối lƣợng chất hấp phụ
(gam)
Các thông số hấp phụ Nồng đầu Co
(N)
Nồng độ cân bằng Ccb (N)
Độ hấp phụ a (mg/g)
Hiệu suất hấp phụ H%
0,2 0,02 14,60.10-3 43,20 27,00
0,4 0,02 10,40.10-3 38,40 48,00
0,6 0,02 6,80.10-3 35,20 66,00
0,8 0,02 4,00.10-3 32,00 80,00
1,0 0,02 1,80.10-3 29,12 91,00
1,2 0,02 1,60.10-3 24,53 92,00
1,4 0,02 1,60.10-3 21,03 92,00
Từ số liệu ở bảng 3.7 ta vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
Qua các số liệu thực nghiệm cho thấy, khi tăng khối lƣợng VLHP thì hiệu suất hấp phụ tăng. Từ 0,2 – 1,0 gam, hiệu suất hấp phụ tăng nhanh, còn từ 1,0 – 1,4 gam tăng chậm và dần ổn định. Hiệu suất hấp phụ tăng lên cùng với việc tăng lƣợng VLHP trong khi nồng độ đầu của dung dich Cu2+ không đổi có thể giải thích do sự tăng cả về diện tích bề mặt VLHP và số tâm hấp phụ. Tuy nhiên, đến một lƣợng VLHP nhất định, hiệu suất hấp phụ cực đại thì việc tăng lƣợng VLHP không còn ý nghĩa. Khi lƣợng
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
H%
Khối lƣợng (g)
VLHP lớn sẽ tạo ra các lớp chất hấp phụ, sự khuếch tán của ion Cu2+ từ ngoài vào các lớp bên trong khó khăn hơn. Đồng thời tương tác đẩy của các ion Cu2+ bị hấp phụ ở lớp VLHP phía trên với các ion Cu2+ trong dung dịch cũng gây cản trở sự khuếch tán của ion Cu2+. Cho nênkhối lƣợng VLHP là 1,0 gam đƣợc chọn cho các thí nghiệm.
3.3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cu2+
Sau khi tiến hành khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cu2+ đến khả năng hấp phụ của VLHP thu đƣợc kết quả trình bày ở phụ lục 5. Tính kết quả trung bình của các thí nghiệm, tính nồng độ Cu2+ (N) trong dung dịch sau hấp phụ theo công thức 1.10, từ đó tính độ hấp phụ a (mg/g) của VLHP theo công thức 1.12 và hiệu suất hấp phụ theo công thức 1.2, ta thu đƣợc kết quả trình bày ở bảng 3.8.
ảng 3.8: Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ Cu2+ của VLHP Các thông số hấp phụ
Nồng đầu Co (N)
Nồng độ cân bằng Ccb (N)
Độ hấp phụ a (mg/g)
Hiệu suất hấp phụ H%
0.005 2,38.10-4 7,62 95,20
0,010 6,00.10-4 15,04 94,00
0,015 11,85.10-4 22,10 92,10
0,020 1,82.10-3 29,09 90,90
0,025 3,50.10-3 34,40 86,00
Từ số liệu ở bảng 3.8 ta vẽ được đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cu2+ đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP đƣợc thể hiện trong hình 3.5.
Hình 3.5: Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ đầu của ion Cu2+đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ của VLHP
84 86 88 90 92 94 96
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03
H%
Nồng độ ban đầu Co (N)
Từ số liệu thực nghiệm cho thấy, khi tăng nồng độ đầu Cu2+ thì hiệu suất hấp phụ của VLHP giảm dần. Vì khi nồng độ ion Cu2+ ban đầu còn thấp, các trung tâm hoạt động trên bề mặt của VLHP vẫn chƣa đƣợc lắp đầy bởi các ion Cu2+, nên khi nồng độ ion Cu2+ tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng. Tuy nhiên, đến một thời điểm nào đó, khi các trung tâm hoạt động đã đƣợc lắp đầy, bề mặt VLHPdần đƣợc bão hòa bởi ion Cu2+ thì khả năng hấp phụ của VLHP với ion Cu2+ giảm rất nhanh [32]. Khi nồng độ ion Cu2+ tăng cao thì sẽ tồn tại tương tác đẩy giữa các ion Cu2+ đã hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ với các ion Cu2+ trong dung dịch. Đồng thời khi nồng độ ion Cu2+
tăng thì cân bằng của phản ứng hiđrat hóa chuyển dịch theo chiều thuận làm nồng độ H+ tăng và cản trở sự hấp phụ ion Cu2+:
2
Cu H O2 [CuOH] H