Đề tài Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính Tác giả Nguyễn Thị Linh Trang

L U Ậ N V Ă N T H Ạ C S Ĩ N G À N H

H Ó A P H Â N T Í C H

vectorstock.com/30118759

Ths Nguyễn Thanh Tú

eBook Collection

Đề tài "Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc

nhuộm trên đá ong biến tính" Tác giả

Nguyễn Thị Linh Trang

WORD VERSION | 2019 EDITION

ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL

TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo

Phát triển kênh bởi

Ths Nguyễn Thanh Tú

Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật :

Nguyen Thanh Tu Group

Hỗ trợ trực tuyến

Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon

Mobi/Zalo 0905779594

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

–––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ LINH TRANG

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ MỘT SỐ

THUỐC NHUỘM TRÊN ĐÁ ONG BIẾN TÍNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN

http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

–––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ LINH TRANG

NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ MỘT SỐ

THUỐC NHUỘM TRÊN ĐÁ ONG BIẾN TÍNH

Ngành: Hóa Phân Tích

Mã ngành: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Ngô Thị Mai Việt

THÁI NGUYÊN - 2019



LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Đề tài: "Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá

ong biến tính" là do bản thân tôi thực hiện. Các số liệu, kết quả trong đề tài là trung

thực. Nếu sai sự thật tôi xin chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2019

Tác giả




LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, chuyên ngành Hóa

Phân tích, Khoa Hóa học - Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên, em đã nhận

được sự ủng hộ, giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình.

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Ngô Thị Mai

Việt, cô đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để em có

thể hoàn thành luận văn này.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy giáo, cô giáo Khoa Hóa học,

các thầy cô trong Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã

giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu của

bản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu của em có thể còn nhiều thiếu sót. Em

rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các bạn đồng

nghiệp để luận văn của em hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 09 năm 2019

Tác giả




MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan .................................................................................................................. i

Lời cảm ơn ..................................................................................................................... ii

Mục lục ........................................................................................................................ iii

Danh mục kí hiệu viết tắt .............................................................................................. iv

Danh mục các bảng ........................................................................................................ v

Danh mục các hình ....................................................................................................... vi

MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1

NỘI DUNG .................................................................................................................. 3

Chương 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3

1.1. Nước thải dệt nhuộm ............................................................................................. 3

1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm .................................................................................. 3

1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm ....................................................................................... 3

1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể .................................................... 5

1.2.1. Xanh metylen (MB)............................................................................................ 5

1.2.2. Tím tinh thể (CV) ............................................................................................... 7

1.3. Giới thiệu về PSS ................................................................................................... 7

1.4. Phương pháp hấp phụ ............................................................................................ 8

1.4.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ .......................................... 8

1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ......................................................... 9

1.4.3. Động học hấp phụ ............................................................................................. 11

1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu .......................................................................... 13

Chương 2. THỰC NGHIỆM .................................................................................. 16

2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc ............................................................... 16

2.1.1. Hóa chất ............................................................................................................ 16

2.1.2. Dụng cụ ............................................................................................................. 16

2.1.3. Thiết bị máy móc .............................................................................................. 17

2.2. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS ................... 17

2.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ...................................... 17

2.3. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS ...................... 19

2.3.1. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ......................................... 19



2.3.2. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS ...... 20

2.3.3. Thế zeta của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS ............................ 19

2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính ........ 20

2.4.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis ........ 20

2.4.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen, tím

tinh thể trên đá ong biến tính ...................................................................................... 20

2.5. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính............................ 24

2.6. Tái sử dụng vật liệu.............................................................................................. 25

2.6.1. Hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính ....................................................... 25

2.6.2. Tái sử dụng vật liệu lần thứ nhất ...................................................................... 25

2.6.3. Tái sử dụng vật liệu lần thứ hai ........................................................................ 25

2.6.4. Tái sử dụng vật liệu lần thứ ba ......................................................................... 26

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 27

3.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS ................... 27

3.1.1. Xác định nồng độ của polime PSS bằng phương pháp UV-Vis ....................... 27

3.2. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS ...................... 40

3.2.1. Ảnh SEM của vật liệu ....................................................................................... 40

3.2.2. Thế zeta của vật liệu ......................................................................................... 41

3.2.3. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên, đá ong biến tính bằng PSS và

đá ong biến tính sau hấp phụ MB ............................................................................... 43

3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính ........ 44

3.3.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis ....... 44


tinh thể trên đá ong biến tính ...................................................................................... 47

3.4. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính............................ 64

3.5. Tái sử dụng vật liệu.............................................................................................. 66

KẾT LUẬN ................................................................................................................ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 69

PHỤ LỤC



DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

CV

ĐOBT

ĐOTN

IR

MB

ppm

PSS

TCVN

UV - Vis

VLHP

: Tím tinh thể

: Đá ong biến tính

: Đá ong tự nhiên

: Infrared Spectroscopy

: Xanh metylen

: Part per million

: Poly Styrene Sulfonate

: Tiêu chuẩn Việt Nam

: Ultraviolet - Visible

: Vật liệu hấp phụ



DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Các hóa chất cần dùng trong thực nghiệm .............................................. 16

Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau tại

bước sóng 224,4 nm ................................................................................. 28

Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau tại

bước sóng 261,4 nm ................................................................................. 29

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ........ 30

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của lực ion tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên ........ 32

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu tới khả năng hấp phụ PSS

trên đá ong tự nhiên .................................................................................. 34

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới khả năng hấp phụ PSS trên đá

ong tự nhiên .............................................................................................. 36

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ PSS tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong

tự nhiên ..................................................................................................... 38

Bảng 3.8. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo xanh metylen ........................................ 44

Bảng 3.9. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể ............................................ 45

Bảng 3.10. Độ hấp thụ quang của dung dịch xanh metylen ở các nồng độ khác

nhau tại bước sóng 663 nm ....................................................................... 46

Bảng 3.11. Độ hấp thụ quang của dung dịch tím tinh thể ở các nồng độ khác

nhau tại bước sóng 590 nm ....................................................................... 47

Bảng 3.12. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ

xanh metylen ........................................................................................... 48

Bảng 3.13. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ tím

tinh thể ...................................................................................................... 49

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen ......................... 51

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể ............................ 52

Bảng 3.16. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh metylen ............... 54

Bảng 3.17. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ tím tinh thể .................. 55

Bảng 3.18. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ xanh metylen .................. 57



Bảng 3.19. Ảnh hưởng của lực ion đến khả năng hấp phụ tím tinh thể...................... 58

Bảng 2.20. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen .......... 60

Bảng 2.21. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Tím tinh thể ............ 61

Bảng 2.22. Các mô hình hấp phụ CV, MB của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính........ 63

Bảng 3.23. Số liệu khảo sát động học hấp phụ CV của đá ong biến tính (“-“:

không xác định) ........................................................................................ 64

Bảng 3.24. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với CV ............................... 65

Bảng 3.25. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với CV ............................... 66

Bảng 3.26. Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng vật liệu ........................................ 66



DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen .......................................................... 5

Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB+ ................................................................... 6

Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen ............................................ 6

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của tím tinh thể ............................................................. 7

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của PSS ......................................................................... 8

Hình 1.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt ....................................................................... 10

Hình 1.7. Sự phụ thuộc Langmuir Ccb/q vào Ccb ...................................................... 10

Hình 1.8. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe - qt) vào t ................................................... 12

Hình 3.1. Phổ PSS trong khoảng bước sóng 200 - 400 nm ...................................... 27

Hình 3.2. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis tại bước

sóng 224,4 nm........................................................................................... 28

Hình 3.3. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis tại bước

sóng 261,4 nm........................................................................................... 29

Hình 3.4. Sự ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên. ..... 31

Hình 3.5. Sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl tới dung lượng hấp phụ PSS


Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu tới khả năng hấp phụ PSS


Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của thời gian tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong

tự nhiên ..................................................................................................... 37

Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir ....................................................... 39

Hình 3.9. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb ................................................................. 39

Hình 3.10. Ảnh SEM của đá ong tự nhiên ................................................................. 40

Hình 3.11. Ảnh SEM của đá ong biến tính bằng PSS ................................................ 40

Hình 3.12. Thế zeta của đá ong tự nhiên .................................................................... 41

Hình 3.13. Thế zeta của ĐOBT bằng PSS .................................................................. 41

Hình 3.14. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ CV ....................................................... 42

Hình 3.15. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ MB ....................................................... 42



Hình 3.16. Xanh metylen và tím tinh thể trong khoảng bước sóng 400 - 800 nm ..... 44

Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến phép xác định xanh metylen bằng UV - Vis ...... 45

Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể ................................. 45

Hình 3.19. Đường chuẩn xác định xanh metylen bằng phương pháp UV-Vis tại

bước sóng 663nm. .................................................................................... 46

Hình 3.20. Đường chuẩn xác định tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis tại

bước sóng 590 nm .................................................................................... 47

Hình 3.21. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ xanh

metylen ..................................................................................................... 50

Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ tím

tinh thể ...................................................................................................... 50

Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu ..................... 53

Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu ..................... 53

Hình 3.25. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB của vật liệu .... 56

Hình 3.26. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ CV của vật liệu ...... 56

Hình 3.27. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ MB của

vật liệu. ..................................................................................................... 59

Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ CV của

vật liệu...................................................................................................... 59

Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các VLHP đối với MB........... 62

Hình 3.30. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các VLHP đối với MB. .................... 62

Hình 3.31. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của các VLHP đối với CV ........... 62

Hình 3.32. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb của các VLHP đối với CV ...................... 62

Hình 3.33. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlick của VLHP đối với CV ................ 62

Hình 3.34. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlick của VLHP đối với MB ............... 62

Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 1 đối với tím tinh thể ......... 65

Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 2 đối với CV ...................... 65

Hình 3.37. Đồ thị khảo sát khả năng tái sử dụng ĐOBT ............................................ 67



MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, phát triển kinh tế gắn với bảo vệ môi trường là chủ

đề tập trung sự quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Một trong những vấn đề đặt ra

cho các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam là cải thiện môi trường ô nhiễm

từ các chất độc hại do nền công nghiệp tạo ra. Điển hình như các ngành công nghiệp

cao su, hóa chất, công nghiệp thực phẩm, thuốc bảo vệ thực vật…đặc biệt là ngành

dệt nhuộm đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, bên cạnh sự chuyển biến tích cực về

kinh tế là những tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái do các khu công nghiệp

gây ra. Nước thải của phần lớn nhà máy, các khu chế xuất…chưa được xử lí hoặc xử

lí chưa triệt để là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước.

Thuốc nhuộm được sử dụng trong các ngành dệt may, cao su, giấy, mỹ phẩm…

Do tính tan cao, các thuốc nhuộm là các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước và hậu quả là

tác động xấu đến con người và các sinh vật sống. Khi thải vào nguồn nước như sông,

kênh rạch, các chất màu hữu cơ tạo màng nổi trên bề mặt, ngăn cản sự khuếch tán của

oxi, cũng như ánh sáng vào nước, gây nguy hại cho các loài thủy sinh. Do đó, việc tìm ra

phương pháp loại bỏ chúng ra khỏi môi trường nước có ý nghĩa hết sức to lớn.

Cho đến nay, đã có rất nhiều phương pháp xử lí nước thải nhằm loại bỏ các chất

màu ra khỏi nguồn nước. Trong số các phương pháp đó, phương pháp hấp phụ là một

trong những phương pháp được sử dụng phổ biến do có nhiều ưu điểm như vật liệu

chế tạo chất hấp phụ tương đối phong phú, chi phí thấp (nhất là các vật liệu có nguồn

gốc tự nhiên); quá trình xử lí đơn giản và không gây độc hại đến môi trường.

Đá ong là nguồn khoáng liệu rất phổ biến ở Việt Nam và có đặc tính hấp phụ.

Cho đến nay, việc nghiên cứu khả năng hấp phụ các chất màu hữu cơ của đá ong biến

tính bằng polime hoặc chất hoạt động bề mặt còn chưa đầy đủ. Trên cơ sở đó chúng

tôi chọn đề tài:

"Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính" .

Trong đề tài này chúng tôi nghiên cứu các nội dung sau:

1. Nghiên cứu điều kiện tối ưu hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên (Điều kiện tối ưu để

biến tính đá ong thành vật liệu hấp phụ bằng polime PSS).

2. Xác định một số đặc trưng hóa lí của vật liệu.



3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh

metylen, tím tinh thể trong môi trường nước của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính

theo phương pháp tĩnh.

4. Nghiên cứu động học hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính.

5. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng vật liệu.



NỘI DUNG

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1. Nước thải dệt nhuộm

1.1.1. Khái quát về thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm là những chất hữu cơ có màu, hấp thụ mạnh một phần nhất định

của quang phổ ánh sáng nhìn thấy và có khả năng gắn kết vào vật liệu dệt trong

những điều kiện quy định (tính gắn màu). Thuốc nhuộm có thể có nguồn gốc thiên

nhiên hoặc tổng hợp. Hiện nay con người hầu như chỉ sử dụng thuốc nhuộm tổng

hợp. Đặc điểm nổi bật của các loại thuốc nhuộm là độ bền màu và tính chất không bị

phân hủy. Màu sắc của thuốc nhuộm có được là do cấu trúc hóa học.

Một cách chung nhất, cấu trúc thuốc nhuộm bao gồm nhóm mang màu và

nhóm trợ màu. Nhóm mang màu là những nhóm có chứa các nối đôi liên hợp với hệ

điện tử π không cố định như: > C = C <, > C = N -, - N = N -, - NO2. Nhóm trợ màu

là những nhóm thế cho hoặc nhận điện tử như: - NH2, - COOH, - SO3H, - OH …đóng

vai trò tăng cường màu bằng cách dịch chuyển năng lượng của hệ điện tử [8].

1.1.2. Phân loại thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp rất đa dạng về thành phần hóa học, màu sắc, phạm vi

sử dụng. Tùy thuộc vào cấu tạo, tính chất và pham vi sử dụng, thuốc nhuộm được

phân chia thành các loại khác nhau. Có 2 cách phân loại thuốc nhuộm phổ biến nhất.

1.1.2.1. Phân loại theo cấu trúc hóa học

Theo các này thuốc nhuộm được chia thành 20-30 họ thuốc nhuộm khác nhau.

Các họ chính là:

* Thuốc nhuộm azo: nhóm mang màu là nhóm azo (-N=N-), phân tử thuốc

nhuộm có một (monoazo) hay nhiều nhóm azo (diazo, triazo, polyazo). Thuốc nhuộm

azo có khả năng nhuộm màu cao (gấp đôi khả năng nhuộm màu của thuốc nhuộm

antraquinon), được sản xuất đơn giản từ các nguyên liệu rẻ tiền và dễ kiếm nên giá

thành thấp. Đây là sản phẩm nhuộm có màu sắc tươi sáng và là họ thuốc nhuộm quan

trọng nhất cũng như có số lượng lớn nhất, chiếm khoảng 60-70% số lượng các thuốc

nhuộm tổng hợp.



* Thuốc nhuộm antraquinon: trong phân tử thuốc nhuộm có chứa một hay

nhiều nhóm antraquinon hoặc các dẫn xuất của nó:

Họ thuốc nuộm này chiếm đến 15% số lượng thuốc nhuộm tổng hợp.

* Thuốc nhuộm triaryl metan: triaryl metan là dẫn xuất của metan mà trong đó

nguyên tử cacbon trung tâm sẽ tham gia liên kết vào mạch liên kết của hệ mang màu:

Họ thuốc nhuộm này phổ biến thứ 3, chiếm 3% tổng số lượng thuốc nhuộm.

* Thuốc nhuộm phtaloxianin: Đặc điểm chung của họ thuốc nhuộm này là

những nguyên tử H trong nhóm amin dễ bị thay thế bởi các ion kim loại còn các

nguyên tử N khác thì tham gia tạo phức với kim loại làm màu sắc của thuốc nhuộm

thay đổi. Họ thuốc nhuộm này có độ bền màu với ánh sáng rất cao, chiếm khoảng 2%

tổng số lượng thuốc nhuộm.

Ngoài ra còn các họ thuốc nhuộm khác ít phổ biến, ít quan trọng hơn như:

thuốc nhuộm nitrozo, nitro, polymetyl, arylamin, azometyn, thuốc nhuộm lưu huỳnh.

1.1.2.2. Phân loại theo đặc tính áp dụng

* Thuốc nhuộm hoàn nguyên: Được dùng chủ yếu để nhuộm chỉ, vải, sợi

bông, lụa visco. Thuốc nhuộm hoàn nguyên phần lớn dựa trên hai họ màu indigoit và

antraquinon. Các thuốc nhuộm hoàn nguyên thường không tan trong nước, kiềm nên

thường phải sử dụng các chất khử để chuyển về dạng tan được (thường là dung dịch

NaOH + Na2S2O3 ở 50 - 60 0 C). Ở dạng tan được này, thuốc nhuộm hoàn nguyên

khuyếch tán vào xơ.

* Thuốc nhuộm lưu hóa: chứa nhóm đisunfua đặc trưng có thể chuyển về dạng

tan qua quá trình khử. Giống như thuốc nhuộm hoàn nguyên, thuốc nhuộm lưu hóa

dùng để nhuộm vật liệu xenlulo qua 3 gia đoạn: hòa tan, hấp phụ vào xơ sợi và oxi

hóa trở lại.

* Thuốc nhuộm trực tiếp: là thuốc nhuộm anion có khả năng bắt màu trực tiếp

vào xơ sợi xenlulo và dạng tổng quát là Ar-SO3Na. Khi hòa tan trong nước nó phân li

về dạng anion thuốc nhuộm và bắt màu vào sợi. Trong mỗi màu thuốc nhuộm trực

tiếp có ít nhất 70% cấu trúc azo, còn tính trong tổng số thuốc nhuộm trực tiếp thì có

tới 92% thuộc lớp azo.

* Thuốc nhuộm phân tán: Là những chất màu không tan trong nước do

không chứa các nhóm như SO3Na, -COONa. Phân bố đều trong nước dạng dung dịch



huyền phù, thường được dùng nhuộm xơ kị nước như xơ axetat, polyamit, polyeste,

polyacrilonitrin. Phân tử thuốc nhuộm có cấu tạo từ gốc azo (- N = N -) và

antraquinon có chứa nhóm amin tự do hoặc đã bị thay thế (- NH2, - NHR, - NR2, -

NH - CH 2 - OH) nên thuốc nhuộm dễ dàng phân tán vào nước. Mức độ gắn màu của

thuốc nhuộm phân tán đạt tỉ lệ cao (90 - 95%) nên nước thải không chứa nhiều thuốc

nhuộm và mang tính axit.

* Thuốc nhuộm bazo - cation: Các thuốc nhuộm bazo dễ tan trong nước cho

các cation mang màu được dùng để nhuộm tơ tằm, hầu hết chúng là các muối clorua,

oxalat hoặc muối kép của bazơ hữu cơ.

* Thuốc nhuộm axit: được tạo thành từ axit mạnh và bazo mạnh nên chúng

tan trong nước phân ly thành ion: Ar-SO3Na → Ar-SO3 - + Na + , anion mang màu thuốc

nhuộm tạo liên kết ion với tâm tích điện dương của vật liệu. Thuốc nhuộm axit có khả

năng tự nhuộm màu xơ sợi protein (len, tơ tằm, polyamit) trong môi trường axit.

* Thuốc nhuộm hoạt tính: Là thuốc nhuộm anion tan, có khả năng phản ứng

với xơ sợi trong những điều kiện áp dụng tạo thành liên kết cộng hóa trị với xơ sợi.

Trong cấu tạo của thuốc nhuộm hoạt tính có một hay nhiều nhóm hoạt tính khác

nhau, quan trọng nhất là các nhóm: vinylsunfon, halotriazin và halopirimidin. Đây là

loại thuốc nhuộm duy nhất có liên kết cộng hóa trị với xơ sợi tạo độ bền màu giặt và

độ bền màu ướt rất cao nên thuốc nhuộm hoạt tính là một trong những thuốc nhuộm

được phát triển mạnh mẽ nhất trong thời gian qua đồng thời là thuốc nhuộm quan

trọng nhất để nhuộm vải sợi bông và thành phần bông trong vải sợi pha.

1.2. Giới thiệu chung về xanh metylen, tím tinh thể

1.2.1. Xanh metylen (MB)

Xanh metylen là một hợp chất thơm dị vòng, có một số tên gọi khác như là

tetramethylthionine chlorhydrate, methylene blue, methylthioninium chloride,

glutylene, có CTPT là: C 16 H 18 N 3 SCl.

Công thức cấu tạo của xanh metylen như sau:

Hình 1.1. Công thức cấu tạo của xanh metylen



Xanh metylen có phân tử gam là 319,85 g/mol. Nhiệt độ nóng chảy là: 100 -

110°C. Khi tồn tại dưới dạng ngậm nước (C 16 H 18 N 3 SCl.H 2 O) trong điều kiện tự

nhiên, khối lượng phân tử của xanh metylen là 337,85 g/mol [10].

Xanh metylen là một chất màu thuộc họ thiôzin, phân ly dưới dạng cation

MB + là C 16 H 18 N 3 S + :

Hình 1.2. Công thức cấu tạo cation MB +

Xanh metylen có thể bị oxy hóa hoặc bị khử và mỗi phân tử bị oxy hóa và bị

khử khoảng 100 lần/giây. Quá trình này làm tăng tiêu thụ oxy của tế bào.

Hình 1.3. Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen

Xanh metylen là một loại thuốc nhuộm bazơ cation, là hóa chất được sử

dụng rộng rãi trong các ngành nhuộm vải, nilon, da, gỗ; sản xuất mực in. Trong thủy

sản, xanh metylen được sử dụng vào giữa thế kỷ 19 trong việc điều trị các bệnh về vi

khuẩn, nấm và ký sinh trùng.

Ngoài ra xanh metylen cũng được cho là hiệu quả trong việc chữa bệnh máu

nâu do Met-hemoglobin quá nhiều trong máu. Xanh metylen khó phân hủy khi thải ra

ngoài môi trường, nó có thể gây tổn thương vĩnh viễn cho đôi mắt của con người,

động vât cũng như thủy sản. Xanh metylen cũng có thể gây ra kích ứng đường tiêu

hóa với các triệu chứng buồn nôn, tiêu chảy và gây kích ứng da khi tiếp xúc với nó.



1.2.2. Tím tinh thể (CV)

Tím tinh thể hay tím gentian (còn gọi là Metyl Violet 10B, hexamethyl

pararosaniline chloride hoặc pyoctanin là thuốc nhuộm triaryl metan [21].

Công thức phân tử: C25N3H30Cl

Công thức cấu tạo:

Hình 1.4. Công thức cấu tạo của tím tinh thể

Khối lượng phân tử : 407,979 g/mol.

Tên quốc tế: Tris(4-(dimethylamino)phenyl)methylium chloride

Tím tinh thể được dùng để nhuộm mô và dùng trong phương pháp Gram để

phân loại vi khuẩn. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng nấm và anthelmintic,

từng được coi là chất sát trùng hàng đầu. Tím tinh thể có tính kháng khuẩn, kháng

nấm và kháng giun sán [19]. Đây là đặc tính được sử dụng trong y học, đặc biệt trong

nha khoa, nó được gọi là "pyoctanin" (hay "pyoctanine") [21] Tím tinh thể không

được dùng làm thuốc nhuộm vải mà nó được dùng làm thuốc nhuộm giấy, nhuộm gỗ

và làm một thành phần của mực xanh đậm và mực đen trong ngành in, bút bi [22]. Nó

cũng được dùng để tạo màu cho phân bón, chất chống đóng băng, áo da.

1.3. Giới thiệu về PSS

Poly styrene sulfonate là polyme có nguồn gốc từ polystyrene bằng cách bổ

sung các nhóm chức sulfonate. Chúng được sử dụng rộng rãi như các loại nhựa trao

đổi ion để loại bỏ các ion như kali , canxi và natri khỏi các dung dịch trong các ứng

dụng kỹ thuật hoặc y tế. Ngoài ứng dụng trên, PSS cũng như một số chất hoạt động

bề mặt như SDS, CTAB… được sử dụng để biến tính các vật liệu có nguồn gốc tự

nhiên thành chất hấp phụ các chất độc hại trong môi trường nước [4, 31]. PSS là một



polyme bền, sự phân li các monome và cấu trúc của nó không phụ thuộc vào pH và

nồng độ NaCl trong dung dịch, PSS là một polime mang điện tích âm, do vậy chúng

tôi sử dụng PSS làm tác nhân biến tính đá ong tự nhiên thành chất hấp phụ các chất

màu hữu cơ dạng cation như xanh metylen, tím tinh thể. Công thức cấu tạo của PSS

được trình bày trong hình 1.5.

1.4. Phương pháp hấp phụ

Hình 1.5. Công thức cấu tạo của PSS

Phương pháp hấp phụ là một trong những phương pháp xử lý nước thải có các

đặc tính ưu việt hơn hẳn và đang được chú ý nhiều trong thời gian gần đây. Vật liệu

hấp phụ có thể chế tạo từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên và các phụ phẩm nông,

công nghiệp sẵn có và dễ kiếm, quy trình xử lý đơn giản, công nghệ xử lý không đòi

hỏi thiết bị phức tạp, chi phí thấp. Đặc biệt, các vật liệu hấp phụ này có độ bền khá

cao, có thể tái sử dụng nhiều lần nên giá thành thấp, hiệu quả cao và quá trình xử lý

không đưa thêm vào môi trường những tác nhân độc hại [2, 7].

1.4.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng và hiệu suất hấp phụ

1.4.1.1. Dung lượng hấp phụ cân bằng

Dung lượng hấp phụ cân bằng là khối lượng chất bị hấp phụ trên một đơn vị

khối lượng chất hấp phụ ở trạng thái cân bằng ở điều kiện xác định về nồng độ và

nhiệt độ. Dung lượng hấp phụ được tính theo công thức:

Trong đó:

(C0-C cb

).V

q=

m

q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g).

V: Thể tích dụng d ịch chất bị hấp phụ (L).

m: khối lượng chất hấp phụ (g).

(1.5)



C0: nồng độ dung dịch ban đầu (mg/L).

Ccb: nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L).

1.4.1.2. Hiệu suất hấp phụ

Hiệu suất hấp phụ là tỷ số giữa nồng độ dung dịch bị hấp phụ và nồng độ dung

dịch ban đầu:

(C -C )

C

0 cb

H= .100%

0

(1.6)

1.4.2. Các mô hình cơ bản của quá trình hấp phụ

Có thể mô tả quá trình hấp phụ dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ. Đường

đẳng nhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung dịch hấp phụ tại một thời điểm

vào nồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một

nhiệt độ xác định. Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng

xác định chất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất

bị hấp phụ.

Với các chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt

hấp phụ được mô tả qua các đường đẳng nhiệt như: đường đẳng nhiệt hấp phụ Henry,

đường đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich, đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir.

1.4.2.1. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

b.C

q cb

q . max

1 b.C cb

(1.10)

Trong đó:

q : Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

qmax : Dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g).

b : Hằng số Langmuir.

Ccb

: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L).

Khi tích số b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb: mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.

Khi tích số b.Ccb >> 1 thì q = qmax: mô tả vùng hấp phụ bão hòa.

Phương trình Langmuir có thể biểu diễn dưới dạng phương trình đường thẳng:



Ccb

1 1

Ccb

(1.11)

q q q .b

max

max

Thông qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb sẽ xác định các hằng số

b và qmax trong phương trình (hình 1.2).

Ccb/q

qmax

N

tan

O

Ccb

O

Ccb

Hình 1.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt

Langmuir

Ở đây :

1

tan

q

max

Hình 1.7. Sự phụ thuộc

Ccb/q vào Ccb

1

ON q .b

max

Phương trình Langmuir được đặc trưng bằng tham số RL

R

L

1

(1.12)

(1 b.C )

o

Khi 0 < RL < 1 thì sự hấp phụ là thuận lợi, RL >1 thì sự hấp phụ là không thuận

lợi và RL = 1 thì sự hấp phụ là tuyến tính.

1.4.2.2. Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là phương trình thực nghiệm mô

tả sự hấp phụ xảy ra trong phạm vi một lớp. Phương trình này được biểu diễn bằng

một hàm số mũ:

1 n

q k.C cb

(1.8)

Hoặc dạng phương trình đường thẳng:

lgq = lgk + 1 lgCcb (1.9)

n

Trong đó:



q : Dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng (mg/g).

k : Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ, diện tích bề mặt và các yếu tố khác.

n : Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ và luôn lớn hơn 1.

Ccb

: Nồng độ dung dịch khi đạt cân bằng hấp phụ (mg/L).

Phương trình Freundlich phản ánh khá sát số liệu thực nghiệm cho vùng ban

đầu và vùng giữa của đường hấp phụ đẳng nhiệt, tức là ở vùng nồng độ thấp của chất

bị hấp phụ.

1.4.3. Động học hấp phụ

Đối với hệ hấp phụ lỏng - rắn, động học hấp phụ xảy ra theo một loạt các giai

đoạn kế tiếp nhau.

- Chất bị hấp phụ chuyển động tới bề mặt chất hấp phụ. Đây là giai đoạn

khuếch tán trong dung dịch.

- Phân tử chất bị hấp phụ chuyển động đến bề mặt ngoài của chất hấp phụ

chứa các hệ mao quản - giai đoạn khuếch tán màng.

- Chất bị hấp phụ khuếch tán vào bên trong hệ mao quản của chất hấp phụ -

giai đoạn khuếch tán trong mao quản.

- Các phân tử chất bị hấp phụ chiếm chỗ các trung tâm hấp phụ - giai đoạn hấp

phụ thực sự.

Trong tất cả các giai đoạn đó, giai đoạn nào có tốc độ chậm nhất sẽ quyết định

hay khống chế chủ yếu toàn bộ quá trình động học hấp phụ. Với hệ hấp phụ trong

môi trường nước, quá trình khuếch tán thường chậm và đóng vai trò quyết định.

Tốc độ của một quá trình hấp phụ được xác định bởi sự thay đổi nồng độ của

chất bị hấp phụ theo thời gian. Một vài mô hình động học hấp phụ đã được đưa ra để

giải thích cơ chế hấp phụ.

1.4.3.1. Mô hình giả động học hấp phụ bậc 1

Theo mô hình giả động học hấp phụ bậc 1, tốc độ của quá trình hấp phụ phụ

thuộc bậc nhất vào dung lượng chất hấp phụ theo phương trình.

(1.13)

Trong đó:

k1: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình động học bậc 1 (thời gian-1).



qe, qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g).

Áp dụng điều kiện biên tại thời điểm t = 0 và qt = 0, phương trình (1.11) trở thành:

(1.14)

và :

(1.15)

Phương trình (1.15) có thể chuyển về dạng tuyến tính bậc nhất :

lg (qe - qt) = lgqe - k1t/2,303 (1.16)

Từ (1.16) ta xác định được qe và hằng số k1.

tgα = -k1/2,303; OM = lg qe

Phương trình (1.16) được gọi là phương trình giả động học bậc 1. Trong suốt 4

thập kỉ tiếp theo cho đến nay, phương trình động học này đã được áp dụng phổ biến

cho việc nghiên cứu động học hấp phụ với các chất ô nhiễm trong môi trường nước.

lg (q e –q t )

M

0 t

Hình 1.8. Đồ thị sự phụ thuộc của lg(qe - qt) vào t

1.4.3.2. Mô hình giả động học hấp phụ bậc 2

Theo mô hình, tốc độ của quá trình hấp phụ phụ thuộc bậc hai vào dung lượng

của chất hấp phụ theo phương trình:

(1.17)

Trong đó:

k2: hằng số tốc độ phản ứng theo mô hình giả động học bậc 2 (g/mg.thời gian).

qe, qt: dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g).



Áp dụng điều kiện biên cho bài toán tại t = 0 và qt = 0, phương trình (1.17) có

thể viết dưới dạng:

(1.18)

hoặc: (1.19)

hoặc dạng tuyến tính: (1.20)

Đặt h = k2qe2 phản ánh tốc độ hấp phụ ban đầu khi qt/t tiến dần đến 0, phương

trình (1.19) và (1.20) trở thành:

1

q=

t 1 t

+

h q

e

t 1 1

= + t

q h q

t

Từ đồ thị sự phụ thuộc của t/qt vào t, ta xác định được qe và k2.

1.5. Tổng quan tình hình nghiên cứu

e

(1.21)

(1.22)

Tác giả Trương Thị Hoa đã nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, tím

tinh thể của đá ong biến tính bằng SDS. Kết quả nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp

phụ xanh metylen là 25,51 mg/g, tím tinh thể là 60,24 mg/g (đối với CV trong môi

trường NaCl 1mM); 59,17 mg/g (đối với CV trong môi trường NaCl 10mM); 58,48

mg/g (đối với CV trong môi trường NaCl 50mM) [4].

Tác giả Phạm Tiến Đức và cộng sự đã nghiên cứu sự hấp phụ Cu 2+ trên đá ong

biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS. Các tác giả đã nghiên cứu các đặc trưng

hóa lý của vật liệu bằng phương pháp XRD – FT – IR. Các thông số tối ưu cho quá

trình hấp phụ Cu 2+ trên SML đã được nghiên cứu, đó là: pH 6, thời gian đạt cân bằng

hấp phụ 90 phút, tỉ lệ khối lượng vật liệu là 5 mg/mL và lực ion là 10 mM NaCl.

Dung lượng hấp phụ Cu 2+ trên SML đạt 185mg/g [32].

Tác giả Ngô Thị Mai Việt và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ amoni,

Mn(II) trên đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS. Các điều kiện tối ưu

cho quá trình hấp phụ amoni, Mn(II) trên vật liệu đã được nghiên cứu. Đó là: pH 5;



thời gian 180 (đối với amoni), 120 phút (đối với Mn(II)); tỉ lệ khối lượng vật liệu là

1,0 g/L đối với amoni, 2,0 g/L đối với Mn(II). Dung lượng hấp phụ amoni, Mn(II)

cực đại trên vật liệu tính theo mô hình Langmuir ở nhiệt độ phòng lần lượt là: 69,49

mg/g và 39,06 mg/g. Sự có mặt của các cation Ca(II), Mg(II), Pb(II), Zn(II) làm giảm

khẩ năng hấp phụ amoni và Mn(II) của vật liệu [12]. Tiếp theo nghiên cứu này, các

tác giả đã nghiên cứu khả năng tách loại amoni, Mn(II) trong nước sử dụng cột đá

ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt SDS. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, dung

lượng hấp phụ amoni và Mn(II) trên cột hấp phụ phụ thuộc vào tốc độ dòng. Hiệu

suất rửa giải đạt khoảng 98% khi sử dụng dung dịch rửa giải là HCl 0,02M (đối với

amoni) và EDTA 0,05M (đối với Mn(II)). Hệ số làm giàu đạt 26 lần đối với amoni và

22 lần đối với Mn(II). Sau 3 lần tái sử dụng, hiệu suất hấp phụ amoni vẫn đạt trên

93%; hiệu suất hấp phụ Mn(II) đạt trên 80% [13].

Cũng theo hướng nghiên cứu này, tác giả Phạm Thu Thảo và Phạm Tiến Đức

đã nghiên cứu khả năng hấp phụ Rhodamin B trên đá ong biến tính bằng SDS. Các

điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ Rhodamin B trên vật liệu đã được nghiên cứu.

Đó là: pH 4; lực ion 0,1 mM NaCl; tỉ lệ khối lượng vật liệu là 10,0 g/L. Dung lượng

hấp phụ Rhodamin B cực đại trên vật liệu tính theo mô hình Langmuir ở nhiệt độ

phòng đạt 18 mg/g [26].

Một loại vật liệu tự nhiên khác là bentonit cũng được tác giả Shuang xing Zha

và cộng sự sử dụng làm nguyên liệu đầu để nghiên cứu khả năng hấp phụ amoxicilin.

Trong nghiên cứu này, bentonit được biến tính bằng tác nhân hexadecyl trimethyl

ammonium (HTMA). Các đặc trưng hóa lý của vật liệu được nghiên cứu bằng các

phương pháp SEM, SSA, XRD, FTIR. Dung lượng hấp phụ amoxicilin trên vật liệu

tính theo mô hình Langmuir ở 20 0 C đạt 26.18 mg/g. Sự hấp phụ amoxicilin trên vật

liệu tuân theo phương trình động học bậc 2 biểu kiến hằng số tốc độ là 0,0187 g/mg ở

20 0 C. Các nghiên cứu về nhiệt động lực học cho thấy, sự hấp phụ amoxicilin trên vật

liệu là quá trình hấp phụ vật lí, thu nhiệt và không tự xảy ra (ΔH 0 = 2,28 kJ/mol; ΔG 0

= 2,83 kJ/mol). Hiệu suất xử lí amoxicilin trong mẫu nước thải đạt trên 81% khi nồng

độ của amoxicilin nhỏ hơn 19 mg/L [29].



Ngoài sử dụng các chất hoạt động bề mặt như SDS hay HTMA làm tác nhân

biến tính vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như đá ong, bentonit các nhà nghiên cứu còn

sử dụng các tác nhân này để biến tính nhôm oxit hoặc nhôm oxit nano, sau đó sử

dụng các vật liệu đã được biến tính để xử lý các chất ô nhiễm trong môi trường nước.

Theo hướng nghiên cứu này, tác giả Trần Thị Thủy, Lê Vân Anh và Phạm Tiến Đức

đã nghiên cứu khả năng hấp phụ kháng sinh oxytetracylin trong môi trường nước của

vật liệu nhôm oxit biến tính bằng SDS. Các điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ

kháng sinh oxytetracylin trên vật liệu đã được nghiên cứu. Đó là: pH 4; thời gian đạt

cân bằng hấp phụ 180 phút; tỉ lệ khối lượng vật liệu là 50,0 g/L. Với điều kiện tối ưu

này, hiệu suất hấp phụ oxytetracylin trên vật liệu đạt trên 97% [33].

Tác giả Chu Thi Minh Phuong và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ

Rhodamin B trên nhôm oxit anno biến tính bằng SDS. Các đặc tính của vật liệu đã

được nghiên cứu bằng phương pháp TEM, BET, XRD, FTIR. Các điều kiện tối ưu

cho quá trình hấp phụ Rhodamin B trên vật liệu đã được nghiên cứu. Đó là: pH 4;

thời gian 120 phút; tỉ lệ khối lượng vật liệu là 5,0 g/L. Hiệu suất hấp phụ Rhodamin B

đạt 100% với dung lượng hấp phụ là 165,0 mg/g. Sau 4 lần sử dụng, hiệu suất hấp

phụ Rhodamin B vẫn đạt trên 86% [31].

Asok Adak và các cộng sự đã tiến hành biến tính nhôm bằng chất hoạt động bề

mặt để loại bỏ tím tinh thể ra khỏi môi trường nước bằng cột hấp phụ với đường kính

2cm, chiều dài 55cm. Vật liệu được nhồi với chiều dày khác nhau 10cm, 20cm và

30cm, tốc độ dòng là 8,5mL/phút. Nồng độ tím tinh thể ban đầu khoảng 200mg/L, họ

đã xác định được hiệu suất loại bỏ tím tinh thể ra khỏi môi trường nước qua 3 cột có

chiều dày vật liệu khác nhau như trên lần lượt là 92,4; 97,6 và 96,65% [17].



Chương 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị máy móc

2.1.1. Hóa chất

Các hóa chất được dùng trong quá trình làm thực nghiệm được trình bày trong

bảng sau

Bảng 2.1. Các hóa chất cần dùng trong thực nghiệm

Tên hóa chất Công thức Độ tinh khiết

Xanh metylen C 16 H 18 N 3 SCl.H2O 98,5%

Tím tinh thể C14H14N3O3Sna ≥ 99%

Poly styrenesulfonate (PSS) (CH2-CH-C6H4-SO3Na)n ≥ 98%

Natri hidroxit NaOH ≥ 96%

Axit clohidric HCl ≥ 96%

Natri clorua NaCl ≥ 95%

Sắt (III) nitrat Fe(NO3)3.9H2O ≥ 98,5%

Nhôm nitrat Al(NO3)3.9H2O ≥ 99%

Kẽm nitrat Zn(NO3)2.6H2O ≥ 99%

Magie nitrat Mg(NO3)2.6H2O ≥ 99%

Chì nitrat Pb(NO3)2 ≥ 99%

Canxi nitrat Ca(NO3)2.4H2O ≥ 99%

Các dung dịch hóa chất đều được chuẩn bị bằng nước cất 2 lần.

2.1.2. Dụng cụ

- Các dụng cụ lấy mẫu và bảo quản mẫu làm bằng nhựa Polietilen

- Bình định mức với thể tích khác nhau: 5mL, 25mL, 50mL, 250mL, 500mL,

1000mL.

- Bình tam giác với thể tích khác nhau: 50mL, 100mL, 200mL.

- Cốc thuỷ tinh chịu nhiệt với thể tích khác nhau: 25mL, 50mL, 100mL, 500mL,

1000mL

- Pipet các loại: 1mL, 2mL, 5mL, 10mL, 20mL, 25mL, 50mL.



- Giấy lọc, giấy pH

Tất cả các dụng cụ thủy tinh đều phải được rửa sạch và tráng bằng nước cất, sấy

khô trước khi sử dụng (ngoại trừ các dụng cụ đo thể tích).

2.1.3. Thiết bị máy móc

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV 1700 (Shimadzu - Nhật Bản).

- Cân điện tử 4 số Presisa XT 120A- Switland.

- Máy đo pH 2 số Presisa 900 (Thuỵ Sĩ).

- Tủ sấy Jeitech (Hàn Quốc).

- Máy lắc H4Y (Trung Quốc).

- Máy li tâm

2.2. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS

2.2.1. Khảo sát khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

2.2.1.1. Lựa chọn bước sóng

Dung dịch PSS 50 ppm được sử dụng để quét phổ UV trong khoảng 200 –

400 nm. Thiết bị được sử dụng là máy quang phổ hấp thụ phân tử UV 1700

(Shimadzu - Nhật Bản) tại phòng Nghiên cứu Khoa học của khoa Hóa học – Trường

ĐHSPTN.

2.2.1.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của pH

Để khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự

nhiên, được chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

- Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL, sau đó cho vào các bình

0,25g đá ong tự nhiên.

- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch PSS có nồng độ lần lượt là: 102,31

ppm (lần 1); 102,54 ppm (lần 2); 103,23 ppm (lần 3) trong nền dung dịch NaCl có

nồng độ 10 mM, thời gian lắc 150 phút, dùng dung dịch NaOH và dung dịch HCl để

điều chỉnh pH của dung dịch thay đổi từ 3 đến 10.

- Lắc các dung dịch ở nhiệt độ phòng bằng máy lắc với tốc độ 150 vòng/phút.

- Dùng máy li tâm để tách chất rắn ra khỏi dung dịch, thu dung dịch lọc.



- Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ của PSS trong dung dịch trước và

sau khi hấp phụ.

2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl





- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch PSS có nồng độ lần lượt là:

101,77 ppm (lần 1); 102,00 ppm (lần 2); 100,31 ppm (lần 3), pH 4, thời gian lắc

150 phút, dung dịch NaCl có nồng độ thay đổi từ 0 đến 200 mM

- Lắc các dung dịch ở nhiệt độ phòng bằng máy lắc với tốc độ 150

vòng/phút. - Dùng máy li tâm để tách chất rắn ra khỏi dung dịch, thu dung dịch lọc.



2.2.1.4. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu hấp phụ



- Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL.


ppm (lần 1); 101,23 ppm (lần 2); 102,54ppm (lần 3), dung dịch NaCl có nồng độ 50 mM,

pH 4, thời gian lắc 150 phút, khối lượng vật liệu thay đổi từ 1 mg/mL đến 30 mg/mL.

- Lắc các dung dịch ở nhiệt độ phòng bằng máy lắc với tốc độ 150

vòng/phút. - Dùng máy li tâm để tách chất rắn ra khỏi dung dịch, thu dung dịch lọc.



2.2.1.5. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc








ppm (lần 1); 102,00 ppm (lần 2); 100,31 ppm (lần 3) dung dịch NaCl có nồng độ 50

mM, pH 4, thời gian lắc thay đổi từ 15 đến 240 phút.





2.2.1.6. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ PSS



- Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL, sau đó cho vào các bình 0,25g

đá ong tự nhiên.

- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch PSS có nồng độ lần lượt là: 20,62;

41,38; 59,08; 79,85; 101,23; 120,23; 139,31; 160,69 ppm (đối với lần 1); 20,15; 40,15;

59,38; 80,15; 99,92; 119,46; 138,15; 159,38 ppm (đối với lần 2); 20,92; 41,69; 60,15;

80,23; 100,08; 119,69; 138,31; 159,54 ppm (đối với lần 3); dung dịch NaCl có nồng độ

50 mM, pH 4, thời gian lắc 150 phút





2.3. Xác định một số đặc trưng hóa lý của vật liệu

2.3.1. Phương pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét cho phép quan sát mẫu với độ phóng đại

rất lớn, từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần và có độ phân giải khá cao (khoảng

vài nanomet). Ảnh SEM của vật liệu được đo trên máy Joel 6490 JED 2300 (Nhật

Bản) tại Khoa Hóa hóa học – Trường ĐHSP Hà Nội.

2.3.2. Thế zeta của vật liệu

Thế zeta được dùng để đánh giá sự thay đổi điện tích bề mặt của đá ong trước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

và sau khi biến tính bằng PSS cũng như của vật liệu sau khi hấp phụ MB và CV.

Thiết bị được sử dụng là máy Zetasizer Nano ZS của hãng Malvern, Anh Quốc tại

trường ĐHKHTN – ĐHQGHN.

2.3.3. Diện tích bề mặt riêng của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính bằng PSS

BET là một trong những phương pháp tốt nhất để đánh giá khả năng hấp phụ

của các vật liệu dựa vào diện tích bề mặt. Để xác định diện tích bề mặt của các vật

liệu theo phương pháp BET, người ta tiến hành hấp phụ và giải hấp N2 ở nhiệt độ cố

định khoảng 77 K. Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu được đo trên máy Trista

3000 V6 tại Khoa Hóa học – Trường ĐHQG Hà Nội.

2.4. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính

2.4.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis

2.4.1.1. Bước sóng

Để lựa chọn bước sóng tối ưu cho phép xác định xanh metylen và tím tinh thể

bằng phương pháp UV-Vis, chúng tôi tiến hành quét phổ UV-Vis của dung dịch MB

và CV bằng máy quang phổ hấp thụ phân tử UV 1700 (Shimadzu - Nhật Bản).

2.4.1.2. Khảo sát pH

Để lựa chọn pH tối ưu cho phép đo xanh metylen và tím tinh thể bằng phương

pháp UV-Vis, chúng tôi tiến hành như sau: chuẩn bị các dung dịch xanh metylen, tím

tinh thể có nồng độ 5 ppm, pH của dung dịch thay đổi từ 2 đến 10. Tiến hành quét

phổ UV-Vis của dung dịch MB và CV bằng máy quang phổ hấp thụ phân tử UV 1700

(Shimadzu - Nhật Bản).

2.4.1.3. Xây dựng đường chuẩn

* Xanh metylen

Các dung dịch MB có các nồng độ lần lượt là: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ppm

được pha loãng từ dung dịch gốc 1000 ppm. Mỗi dung dịch được đo hấp thụ quang 3

lần ở bước sóng 663 nm.

* Tím tinh thể

Các dung dịch CV có các nồng độ lần lượt là: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ppm

được pha loãng từ dung dịch gốc 1000 ppm. Mỗi dung dịch được đo hấp thụ quang 3

lần ở bước sóng 590 nm.


tinh thể trên đá ong biến tính



2.4.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch chất màu

Để khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ

xanh metylen và tím tinh thể, chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

- Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100mL, sau đó cho vào các bình khối

lượng VLHP thay đổi từ 0,05; 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4g.

- Đối với xanh metylen: Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch có nồng độ

50,32mg/L trong nền là nước (đối với lần 1); 50,39mg/L trong nền là nước (đối với

lần 2); 50,12mg/L trong nền là nước (đối với lần 3) cho vào các bình tam giác đã

chuẩn bị sẵn (các nồng độ này đã được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis).

- Đối với tím tinh thể: Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch có nồng độ

51,45mg/L (đối với lần 1); 51,64mg/L (đối với lần 2 và lần 3); 51,33mg/L (đối với

lần 3) trong nền là dung dịch NaCl 1mM cho vào các bình tam giác đã chuẩn bị sẵn

(các nồng độ này đã được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis).


- Dùng máy li tâm để tách chất rắn ra khỏi dung dịch, thu dung dịch lọc, pha chế

dung dịch để màu của dung dịch nằm trong đường chuẩn.

- Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ của xanh metylen và tím tinh thể

trong dung dịch trước và sau khi hấp phụ.

2.4.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH

Để khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen và tím

tinh thể, được chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:


0,25g VLHP.

- Đối với xanh metylen: Dùng pipet lấy chính xác 50 mL dung dịch có nồng độ

50,12 mg/L (đối với lần 1); 50,19 mg/L (đối với lần 2); 49,99 mg/L (đối với lần 3)

trong nền là nước rồi cho vào các bình tam giác đã chuẩn bị sẵn (các nồng độ này đã

được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis), dung dung dịch NaOH và dung dịch

HCl để điều chỉnh pH của dung dịch thay đổi từ 2,0 8,0.

- Đối với tím tinh thể: Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch có nồng độ

51,011 mg/L (đối với lần 1); 50,758 mg/L (đối với lần 2); 51,263 mg/L (đối với lần



3) trong nền là nước rồi cho vào các bình tam giác đã chuẩn bị sẵn (các nồng độ này

đã được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis), dung dung dịch NaOH và dung

dịch HCl để điều chỉnh pH của dung dịch thay đổi từ 2,0 8,0.

- Lắc các dung dịch trong thời gian đã tối ưu ở nhiệt độ phòng bằng máy lắc với

tốc độ 150 vòng/phút.






Để khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ xanh

metylen và tím tinh thể của VLHP, chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:


0,25g VLHP.

- Đối với xanh metylen: Dùng pipet lấy chính xác 50 mL dung dịch có nồng độ

là 51,37 mg/L (đối với lần 1); 51,56 mg/L (đối với lần 2); 51,24 mg/L (đối với lần 3)


được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis).

- Đối với tím tinh thể: Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch có nồng độ là

51,01mg/L (đối với lần 1); 51,64 mg/L (đối với lần 2); 51,20 mg/L (đối với lần 3)


được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis).

- Lắc các dung dịch trong thời gian từ 15 120 phút ở nhiệt độ phòng bằng máy

lắc với tốc độ 150 vòng/phút.





2.4.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ

Để khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ xanh



metylen và tím tinh thể, được chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:


0,25g VLHP.

- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch xanh metylen có nồng độ lần lượt là

49,179; 49,684; 49,368; 49,242; 49,116; 49,747; 48,989 mg/L (lần 1); 49,431;

49,874; 48,989; 48,610; 48,421; 48,989; 50,253 mg/L (lần 2) và 48,800; 49,937;

49,305; 49,052; 48,863; 49,810; 50,505 mg/L (lần 3) cho vào các bình tam giác đã

chuẩn bị sẵn (nồng độ này đã được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis), trong

dung dịch NaCl có nồng độ lần lượt là 0mM, 1mM, 5mM, 10mM, 50mM, 75mM và

100mM, dùng dung dịch NaOH và dung dịch HCl để điều chỉnh pH của dung dịch về

giá trị tối ưu.







2.4.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen và

tím tinh thể của vật liệu

* Xanh metylen


0,25g VLHP.

- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch xanh metylen có nồng độ lần lượt là

23,59; 48,82; 74,37; 99,49; 124,66; 148,68; 174,33; 201,94 mg/L (lần 1); 23,65;

49,60; 74,90; 100,15; 123,68; 149,98; 174,98; 199,49 mg/L (lần 2) và 23,46; 49,86;

75,75; 99,33; 125,80; 152,43; 175,80; 201,62 mg/L (lần 3) cho vào các bình tam giác

đã chuẩn bị sẵn (nồng độ này đã được xác định lại bằng phương pháp UV-Vis) , dùng

dung dịch NaOH và dung dịch HCl để điều chỉnh pH của dung dịch về giá trị tối ưu







- Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ của xanh metylen trong dung dịch

trước và sau khi hấp phụ.

* Tím tinh thể


0,25g VLHP.

- Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch tím tinh thể có nồng độ 22,142;

48,294; 73,5; 98,152; 124,526; 154,059; 173,8; 201,121 mg/L (lần 1); 22,46; 49,24;

74,83; 99,73; 124,21; 154,69; 174,27; 199,86 mg/L (lần 2) và 22,84; 47,73; 73,69;

102.73; 125.16; 152.48; 174.12; 201.44 mg/L (lần 3) (nồng độ này đã được xác định

lại bằng phương pháp UV-Vis) trong nền là dung dịch NaCl 10mM, cho vào các bình

tam giác đã chuẩn bị sẵn, dung dung dịch NaOH và dung dịch HCl để điều chỉnh pH

của dung dịch về giá trị tối ưu





- Dựa vào đường chuẩn để xác định nồng độ của tím tinh thể trong dung dịch


2.5. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính

Để nghiên cứu động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của VLHP, chúng tôi

tiến hành thí nghiệm như sau:


0,25g VLHP.

- Đối với tím tinh thể: Dùng pipet lấy chính xác 50mL dung dịch có nồng độ là

51,01 mg/L và 199,34 mg/L trong dung dịch NaCl 10mM, pH 4, rồi cho vào các bình

tam giác đã chuẩn bị sẵn.

- Lắc các dung dịch trong thời gian từ 15 120 phút ở nhiệt độ phòng bằng máy

lắc với tốc độ 150 vòng/phút.







2.6. Tái sử dụng vật liệu

2.6.1. Hấp phụ tím tinh thể trên đá ong biến tính

Để khảo sát khả năng tái sử dụng vật liệu chúng tôi tiến hành thí nghiệm như sau:

- Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 100 mL, sau đó cho vào các bình

0,25g VLHP.

- Đối với tím tinh thể: Dùng pipet lấy chính xác 25 mL dung dịch có nồng độ

22,79 mg/L (đối với lần đầu tiên); 23,23 mg/L (đối với lần tái sử dụng 1); 23,48 mg/L

(đối với lần tái sử dụng 2); 24,72 mg/L (đối với lần tái sử dụng 3) trong nền là dung

dịch NaCl 10mM rồi cho vào các bình tam giác đã chuẩn bị sẵn, dùng dung dịch

NaOH và dung dịch HCl để điều chỉnh pH của dung dịch là 8

- Lắc các dung dịch trong thời gian 75 phút ở nhiệt độ phòng bằng máy lắc với



dung dịch để màu của dung dịch nằm trong đường chuẩn. Phần chất rắn giữ lại trong

bình tam giác để chuẩn bị cho thí nghiệm tiếp theo.



Sau khi tím tinh thể đã được hấp phụ cân bằng trên đá ong biến tính, chúng tôi

tiến hành rửa giải tím tinh thể bằng dung dịch HCl cho đến khi giải hấp hoàn toàn tím

tinh thể ra khỏi vật liệu. Sau đó rửa vật liệu nhiều lần bằng nước cất 2 lần đến pH

trung tính. Cuối cùng sấy khô vật liệu ở 70 0 C, thu đuợc vật liệu đã hấp phụ lần 1.

2.6.2. Tái sử dụng vật liệu lần thứ nhất

Vật liệu thu được ở mục 2.6.1 được sử dụng cho quá trình tái sử dụng vật liệu

lần thứ nhất. Quá trình thí nghiệm được tiến hành tương tự mục 2.6.1

2.6.3. Tái sử dụng vật liệu lần thứ hai




lần thứ hai. Quá trình thí nghiệm được tiến hành tương tự mục 2.6.1

2.6.4. Tái sử dụng vật liệu lần thứ ba


lần thứ ba. Quá trình thí nghiệm được tiến hành tương tự mục 2.6.1



Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS

3.1.1. Xác định nồng độ của polime PSS bằng phương pháp UV-Vis

3.1.1.1. Lựa chọn bước sóng

Bước sóng tối ưu được chỉ ra trong hình 3.1.

224,4 nm

261,4 nm

Hình 3.1. Phổ PSS trong khoảng bước sóng 200 - 400 nm

Từ hình 3.1 nhận thấy phổ UV của PSS trong khoảng bước sóng 200 - 400 nm có

hai cực đại hấp thụ, đỉnh chính ở bước sóng 224,4 nm và đỉnh thứ cấp ở bước sóng

261,4 nm. Độ hấp thụ quang cực đại ở tần số 224,4 nm lớn hơn tần số 261,4 nm (khoảng

27 lần). Những đỉnh hấp phụ cực đại này đặc trưng cho nhóm benzene sunfonat.

Tuy PSS có phổ cực đại chính tại 224,4 nm với độ hấp thụ quang cao hơn nhiều

so với độ hấp thụ quang của PSS tại 261,4 nm nhưng khi khảo sát PSS ở các nồng độ

lớn, để tránh pha loãng dung dịch nhiều lần, chúng tôi sử dụng bước sóng 261,4 nm để

đo phổ UV của các dung dịch PSS trong các thí nghiệm


* Xây dựng đường chuẩn ở bước sóng 224,4 nm với các dung dịch có nồng độ nhỏ

hơn 20 ppm

Các kết quả chỉ ra ở bảng 3.1 và hình 3.2

27

Bảng 3.1. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau tại bước

sóng 224,4 nm

C (ppm) Abs1 Abs2 Abs3 AbsTB SD

1 0,029 0,028 0,030 0,029 0,0010

2 0,059 0,059 0,059 0,059 0,0000

5 0,166 0,165 0,166 0,166 0,0006

10 0,310 0,311 0,310 0,310 0,0006

12 0,373 0,372 0,373 0,373 0,0006

15 0,462 0,461 0,460 0,461 0,0010

20 0,617 0,616 0,618 0,617 0,0010

Hình 3.2. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis

tại bước sóng 224,4 nm

* Xây dựng đường chuẩn ở bước sóng 261,4 nm với các dung dịch có nồng độ lớn hơn

20 ppm

Các kết quả được trình bày ở bảng 3.2 và hình 3.3.

28

Bảng 3.2. Độ hấp thụ quang của dung dịch PSS ở các nồng độ khác nhau


C (ppm) Abs1 Abs2 Abs3 AbsTB

20 0,025 0,025 0,026 0,025

50 0,066 0,066 0,067 0,066

80 0,101 0,100 0,101 0,101

100 0,128 0,127 0,129 0,128

200 0,257 0,258 0,258 0,258

400 0,518 0,518 0,517 0,518

500 0,646 0,648 0,645 0,646

Hình 3.3. Đường chuẩn xác định PSS bằng phương pháp UV - Vis


Dựa trên các đường chuẩn đã thiết lập chúng tôi xác định nồng độ của các dung

dịch PSS trước và sau khi hấp phụ trên đá ong.

3.1.1.3. Khảo sát khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

* Khảo sát sự ảnh hưởng của pH

Các kết quả được trình bày trong bảng 3.3 và hình 3.4.

29

Bảng 3.3. Ảnh hưởng của pH tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

Lần 1 Lần 2 Lần 3

pH

Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB

SD

3 0,062 48,31 10,80 52,78 0,059 46,00 11,31 55,14 0,064 49,85 10,68 51,39 10,93 0,33

4 0,047 36,77 13,11 64,06 0,046 36,00 13,31 64,89 0,048 37,54 13,14 63,39 13,18 0,11

5 0,073 56,77 9,11 44,51 0,071 55,23 9,46 46,14 0,069 53,69 9,91 47,64 9,49 0,40

6 0,095 73,69 5,72 27,97 0,097 75,23 5,46 26,63 0,091 70,62 6,52 31,13 5,90 0,55

7 0,114 88,31 2,80 13,68 0,112 86,77 3,15 15,38 0,117 90,62 2,52 11,63 2,83 0,32

8 0,129 99,85 0,49 2,41 0,125 96,77 1,15 5,63 0,125 96,77 1,29 5,63 0,98 0,43

9 0,131 101,38 0,18 0,90 0,129 99,85 0,54 2,63 0,13 100,62 0,52 1,88 0,42 0,20

10 0,132 102,15 0,03 0,15 0,131 101,38 0,23 1,13 0,132 102,15 0,22 0,38 0,16 0,11

30

Hình 3.4. Sự ảnh hưởng của pH tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên.

Kết quả cho thấy ở pH 4, dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong là cao nhất với độ

lệch chuẩn nhỏ. Kết quả cho thấy, trong vùng pH khảo sát, dung lượng hấp PSS của đá

ong tự nhiên giảm khi pH tăng. Điều này có thể được giải thích như sau, ở giá trị pH

cao (nồng độ ion OH - cao), xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion OH - và anion PSS,

do đó làm giảm dung lượng hấp phụ PSS của đá ong tự nhiên. Dựa trên kết quả này,

chúng tôi lựa chọn giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ PSS trên đá ong là 4.

* Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl


31

Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

CM

NaCl

(mM)

Abs

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB

SD

0 0.092 71.38 6.08 29.86 0.087 67.54 6.89 33.79 0.089 69.08 6.25 31.13 6.41 0.351

0.1 0.097 75.23 5.31 26.08 0.094 72.92 5.82 28.51 0.091 70.62 5.94 29.60 5.69 0.273

1 0.102 79.08 4.54 22.30 0.108 83.69 3.66 17.95 0.105 81.38 3.78 18.87 3.99 0.388

10 0.075 58.31 8.69 42.71 0.073 56.77 9.05 44.34 0.068 52.92 9.48 47.24 9.07 0.321

50 0.042 32.92 13.77 67.65 0.045 35.23 13.35 65.46 0.043 33.69 13.32 66.41 13.48 0.203

100 0.068 52.92 9.77 48.00 0.077 59.85 8.43 41.33 0.065 50.62 9.94 49.54 9.38 0.674

200 0.106 82.15 3.92 19.27 0.103 79.85 4.43 21.72 0.107 82.92 3.48 17.33 3.94 0.390

32

Hình 3.5. Sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl tới dung lượng hấp phụ PSS

trên đá ong tự nhiên

Kết quả cho thấy, ở nồng độ 50mM NaCl, dung lượng hấp phụ PSS là cao nhất.

Khi nồng độ muối tăng, các phân tử polyme tương tác với nhau mạnh hơn bằng

các lực tương tác kị nước của các nhóm kị nước trong phân tử và khả năng hấp

phụ đa lớp được tăng cường dẫn tới dung lượng hấp phụ tăng. Tại các nồng độ

muối thấp, lực liên kết chủ yếu trong quá trình hấp phụ là tương tác tĩnh điện. Ở

các nồng độ muối cao, sự hấp phụ PSS trên vật liệu do cả lực tĩnh điện và không

tĩnh điện giữa các chuỗi của polyme. Khi nồng độ muối cao, tương tác không

tĩnh điện được tăng cường, tăng nồng độ muối có thể thúc đẩy tương tác bên

hoặc kị nước giữa các phân tử PSS. Do đó chúng tôi lựa chọn giá trị nồng độ NaCl

tối ưu cho sự hấp phụ PSS trên đá ong là 50 mM.

* Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch PSS


33

Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch PSS tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

Tỉ lệ

(mg/mL)

Abs

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB

SD

1 0,121 93,69 8,38 8,21 0,119 92,15 9,08 8,97 0,123 95,23 7,31 7,13 8,26 0,925

2 0,105 81,38 10,35 20,27 0,104 80,62 10,31 20,36 0,109 84,46 9,04 17,63 9,90 0,744

4 0,073 56,77 11,33 44,39 0,076 59,08 10,54 41,64 0,074 57,54 11,25 43,89 11,04 0,435

5 0,041 32,15 13,98 68,50 0,042 32,92 13,66 67,48 0,043 33,69 13,77 67,14 13,81 0,165

8 0,038 29,85 9,03 70,76 0,041 32,15 8,63 68,24 0,037 29,08 9,18 71,64 8,95 0,283

10 0,032 25,23 7,68 75,28 0,036 28,31 7,29 72,04 0,028 22,15 8,04 78,39 7,67 0,373

20 0,021 16,77 4,27 83,57 0,022 17,54 4,18 82,67 0,031 24,46 3,90 76,14 4,12 0,190

30 0,017 13,69 2,95 86,59 0,019 15,23 2,87 84,95 0,023 18,31 2,81 82,15 2,87 0,069

34

Hình 3.6. Sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu tới khả năng hấp phụ PSS


Kết quả cho thấy, khi tăng tỉ lệ khối lượng vật liệu từ 1 đến 5 mg/mL hiệu

suất và dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tăng nhanh. Với tỉ lệ từ 5 đến 30

mg/mL, hiệu suất hấp phụ tăng chậm còn dung lượng hấp phụ giảm. Có thể khi

khối lượng vật liệu tăng sẽ xảy ra hiện tượng keo tụ làm giảm diện tích tiếp xúc

của PSS với đá ong tự nhiên. Do đó tỉ lệ khối vật liệu 5 mg/mL sẽ được lựa chọn

cho các thí nghiệm tiếp theo.

* Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc


35

Bảng 3.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc tới khả năng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

Thời

gian

(phút)

Abs

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB

SD

15 0,115 89,08 2,54 12,47 0,113 87,54 2,46 12,33 0,112 86,77 3,08 15,06 2,69 0,34

30 0,104 80,62 4,23 20,79 0,107 82,92 3,38 16,95 0,103 79,85 4,46 21,84 4,03 0,57

60 0,093 72,15 5,92 29,10 0,101 78,31 4,31 21,57 0,097 75,23 5,38 26,36 5,21 0,82

90 0,085 66,00 7,15 35,15 0,087 67,54 6,46 32,36 0,084 65,23 7,38 36,14 7,00 0,48

120 0,059 46,00 11,15 54,80 0,062 48,31 10,31 51,62 0,063 49,08 10,62 51,96 10,69 0,43

150 0,041 32,15 13,92 68,41 0,039 30,62 13,85 69,34 0,04 31,38 14,15 69,28 13,97 0,16

180 0,053 41,38 12,08 59,33 0,052 40,62 11,85 59,32 0,051 39,85 12,46 60,99 12,13 0,31

210 0,081 62,92 7,77 38,17 0,079 61,38 7,69 38,52 0,078 60,62 8,31 40,66 7,92 0,34

240 0,104 80,62 4,23 20,79 0,101 78,31 4,31 21,57 0,106 82,15 4,00 19,58 4,18 0,16

36

Hình 3.7. Sự ảnh hưởng của thời gian tới dung lượng hấp phụ PSS


Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tăng thời gian tiếp xúc giữa dung dịch PSS với

đá ong tự nhiên từ 15 đến 150 phút, dung lượng hấp phụ tăng dần và đạt cực đại ở 150

phút. Với thời gian lớn hơn 150 phút có thể PSS bị giải hấp nên dung lượng hấp phụ

giảm dần. Từ kết quả này, chúng tôi lựa chọn giá trị thời gian tối ưu cho sự hấp phụ

PSS trên đá ong là 150 phút.

2.2.3.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ PSS

Các kết quả được trình bày trong bảng 3.7 và hình 3.8, 3.9.

37

Bảng 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ PSS tới dung lượng hấp phụ PSS trên đá ong tự nhiên

C

(ppm)

Ccb

(mg/L)


q (mg/g) H%

Ccb

(mg/L)

q (mg/g) H%

Ccb

(mg/L)

q (mg/g) H%

CcbTB

(ppm)

qTB

(mg/mL)

SD

Ccb/q

20 3,99 3,33 80,66 3,92 3,25 80,54 3,95 3,39 81,10 3,95 3,32 0,060 1,19

40 8,18 6,64 80,25 8,21 6,39 79,56 8,21 6,70 80,31 8,20 6,58 0,134 1,25

60 17,59 8,30 70,22 17,66 8,35 70,27 18,08 8,42 69,95 17,77 8,35 0,048 2,13

80 22,92 11,38 71,29 22,46 11,54 71,98 23,23 11,40 71,05 22,87 11,44 0,069 2,00

100 34,46 13,35 65,96 34,77 13,03 65,20 35,54 12,91 64,49 34,92 13,10 0,188 2,67

120 55,23 13,11 54,27 53,23 13,25 55,44 54,77 12,98 54,24 54,41 13,11 0,107 4,15

140 73,69 13,12 47,10 72,46 13,14 47,55 73,23 13,02 47,05 73,13 13,09 0,055 5,59

160 95,23 13,09 40,74 93,92 13,09 41,07 94,08 13,09 41,03 94,41 13,09 0,00 7,21

38

Hình 3.8. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir

Hình 3.9. Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb

Các kết quả nghiên cứu cho thấy, sự hấp phụ PSS trên vật liệu tuân theo mô

hình đẳng nhiệt Langmuir (hệ số tương quan R 2 trong phương trình lớn hơn 0,9). Từ

kết quả này, chúng tôi tính được giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax của vật liệu

là 14,95 mg/g.

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu, chúng tôi sử dụng điều kiện tối ưu cho sự

hấp phụ (biến tính) đá ong bằng PSS như sau: pH 4; nồng độ NaCl 50 mM; tỉ lệ khối

lượng vật liệu 5 mg/mL; thời gian 150 phút; nồng độ đầu của PSS là 100 mg/mL.

39

3.2. Xác định một số đặc trưng hóa lý của đá ong biến tính bằng PSS

3.2.1. Ảnh SEM của vật liệu

Ảnh SEM của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính được trình bày trong hình

3.10 và 3.11.

Hình 3.10. Ảnh SEM của đá ong tự nhiên

Hình 3.11. Ảnh SEM của đá ong biến tính bằng PSS

Kết quả nghiên cứu cho thấy, bề mặt của đá ong biến tính đồng đều hơn so với

đá ong tự nhiên.

40

3.2.2. Thế zeta của vật liệu

Thế zeta của đá ong tự nhiên, đá ong biến tính và đá ong biến tính sau khi hấp phụ

MB và CV được trình bày trong các hình từ 3.12 đến 3.15.

Hình 3.12. Thế zeta của đá ong tự nhiên

Hình 3.13. Thế zeta của ĐOBT bằng PSS

41

Hình 3.14. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ CV

Hình 3.15. Thế zeta của ĐOBT sau hấp phụ MB

42

Kết quả đo thế ζ của ĐOTN trước và sau hấp phụ PSS được chỉ ra trong hình

3.12 và 3.13. Trước khi hấp phụ PSS, bề mặt của ĐOTN mang điện dương là 6,49

mV. Tuy nhiên, thế ζ của ĐOTN giảm xuống -12 mV sau khi hấp phụ PSS sau khi

hấp phụ PSS do phân tử PSS có chứa nhiều nhóm sunfonat mang điện âm, nên điện

tích bề mặt ĐOTN trở nên âm điện sau hấp phụ. Các kết quả đo thế zeta cho thấy

rằng sự hấp phụ PSS trên bề mặt ĐOTN là do tương tác tĩnh điện.

Kết quả đo thế ζ của ĐOBT bằng PSS sau khi hấp phụ MB và CV được chỉ ra

trong hình 3.14 và 3.15. Trước khi hấp phụ MB (CV), bề mặt của ĐOBT mang điện

âm là -12 mV. Tuy nhiên, thế ζ của ĐOBT tăng lên 3.2 mV sau khi hấp phụ MB; tăng

lên 27,2 mV sau khi hấp phụ CV. Điều này được giải thích là do các chất màu MB,

CV tồn tại ở dạng cation trong môi trường nước, nên điện tích bề mặt ĐOBT trở nên

dương điện sau khi hấp phụ các cation phẩm nhuộm. Các kết quả đo thế zeta cho thấy

rằng sự hấp phụ MB (CV) trên bề mặt ĐOBT là do tương tác tĩnh điện.

3.2.3. Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu

Kết quả nghiên cứu diện tích bề mặt riêng của các vật liệu được trình bày trong

bảng 3.9 (chi tiết xem phần phụ lục).

Bảng 3.9. Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu

Thông số

Vật liệu

Diện tích bề mặt riêng

(m 2 /g)

Đá ong tự nhiên 66,96

Đá ong biến tính 42,39

Đá ong biến tính hấp phụ MB 38,22

Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau khi hấp phụ PSS diện tích bề mặt riêng của ĐOTN

giảm từ 66,96 m 2 /g xuống còn 42,39 m 2 /g; sau khi hấp phụ MB trên ĐOBT, diện tích bề

mặt riêng của vật liệu giảm xuống 38,22 m 2 /g. Điều này chứng tỏ PSS đã được hấp phụ

trên ĐOTN, MB đã được hấp phụ trên ĐOBT.

43

3.3. Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên đá ong biến tính

3.3.1. Điều kiện xác định xanh metylen và tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis

3.3.1.1. Bước sóng

CV

590 nm

663 nm

MB

Hình 3.16. Xanh metylen và tím tinh thể trong khoảng bước sóng 400 - 800 nm

Từ kết quả thu được, chúng tôi sử dụng bước sóng 663 nm và 590 nm để đo phổ

UV - Vis của các dung dịch xanh metylen và tím tinh thể trong các thí nghiệm.

3.3.1.2. Khảo sát pH

* Xanh metylen

Kết quả khảo sát pH tối ưu cho phép đo xanh metylen được trình bày trong bảng

và hình dưới đây.

Bảng 3.10. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo xanh metylen

pH 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Abs 0.771 0.767 0.761 0.75 0.743 0.738 0.731 0.726 0.72

44

Hình 3.17. Ảnh hưởng của pH đến phép xác định xanh metylen bằng UV - Vis

Trên cơ sở các kết quả thu được, chúng tôi lựa chọn giá trị pH tối ưu cho phép

đo xanh metylen là 2.

* Tím tinh thể

Kết quả khảo sát pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể được trình bày trong bảng

và hình dưới đây.

Bảng 3.11. Khảo sát pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể

pH 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A 0.79 0.799 0.783 0.76 0.75 0.742 0.734 0.726 0.716

Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH tối ưu cho phép đo tím tinh thể

Trên cơ sở các kết quả thu được, chúng tôi lựa chọn giá trị pH tối ưu cho phép

đo tím tinh thể là 3.

45


* Xanh metylen

Các kết quả chỉ ra ở bảng 3.12 và hình 3.19.

Bảng 3.12. Độ hấp thụ quang của dung dịch xanh metylen ở các nồng độ khác

nhau tại bước sóng 663 nm


1 0,150 0,150 0,151 0,150

2 0,316 0,315 0,317 0,316

3 0,462 0,462 0,462 0,463

4 0,621 0,620 0,622 0,621

5 0,771 0,770 0,770 0,770

6 0,920 0,920 0,921 0,920

7 1,068 1,069 1,069 1,069

8 1,250 1,249 1,249 1,249

9 1,386 1,385 1,386 1,386

10 1,520 1,520 1,521 1,520

Hình 3.19. Đường chuẩn xác định xanh metylen bằng phương pháp UV-Vis tại

bước sóng 663nm.

* Tím tinh thể

Các kết quả chỉ ra ở bảng 3.13 và hình 3.20.

46

Bảng 3.13. Độ hấp thụ quang của dung dịch tím tinh thể ở các nồng độ khác

nhau tại bước sóng 590 nm


1 0,169 0,170 0,170 0,170

2 0,325 0,326 0,325 0,325

3 0,466 0,466 0,467 0,466

4 0,624 0,624 0,623 0,624

5 0,798 0,799 0,799 0,799

6 0,949 0,949 0,950 0,949

7 1,105 1,103 1,104 1,104

8 1,279 1,280 1,280 1,280

9 1,432 1,433 1,434 1,433

10 1,58 1,582 1,582 1,581

Hình 3.20. Đường chuẩn xác định tím tinh thể bằng phương pháp UV-Vis

tại bước sóng 590 nm

Dựa trên các đường chuẩn đã được xác lập, chúng tôi xác định nồng độ của các

dung dịch xanh metylen, tím tinh thể trước và sau khi hấp phụ trên vật liệu.


tinh thể trên đá ong biến tính

3.3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch chất màu

Kết quả được trình bày trong các bảng 3.14, 3.15 và hình 3.21, 3.22 dưới đây.

47

ĐOBT

ĐOTN

Bảng 3.14. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch chất màu đến khả năng hấp phụ xanh metylen

Tỉ lệ

(g/L) A

Ccb


q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H%

H%tb qTB SD

1 1,238 40,29 10,03 19,93 1,221 39,74 10,65 21,14 1,242 40,42 9,70 19,36 20,14 10,13 0,91

2 0,977 31,76 9,28 36,88 0,983 31,96 9,21 36,57 0,975 31,70 9,21 36,76 36,74 9,24 0,16

3 0,785 25,49 8,28 49,35 0,792 25,72 8,22 48,96 0,796 25,85 8,09 48,44 48,92 8,20 0,46

4 0,564 18,26 8,01 63,70 0,575 18,62 7,94 63,04 0,579 18,75 7,84 62,58 63,11 7,93 0,56

5 0,447 14,44 7,18 71,30 0,443 14,31 7,22 71,60 0,435 14,05 7,22 71,97 71,62 7,20 0,34

6 0,354 11,40 6,49 77,34 0,332 10,68 6,62 78,80 0,364 11,73 6,40 76,60 77,58 6,50 1,12

7 0,286 9,18 5,88 81,76 0,294 9,44 5,85 81,26 0,269 8,62 5,93 82,79 81,94 5,88 0,78

8 0,168 5,32 5,62 89,42 0,176 5,58 5,60 88,92 0,159 5,03 5,64 89,97 89,43 5,62 0,53

1 1,353 44,05 6,27 12,46 1,344 43,75 6,63 13,16 1,368 44,54 5,58 11,14 12,25 6,16 1,02

2 1,257 40,91 4,70 18,70 1,268 41,27 4,56 18,09 1,276 41,53 4,30 17,14 17,98 4,52 0,78

3 1,106 35,98 4,78 28,50 1,114 36,24 4,72 28,08 1,159 37,71 4,14 24,77 27,12 4,55 2,04

4 1,095 35,62 3,68 29,22 1,063 34,57 3,95 31,39 1,087 35,36 3,69 29,46 30,02 3,77 1,19

5 1,013 32,94 3,48 34,54 0,969 31,50 3,78 37,48 1,029 33,46 3,33 33,24 35,09 3,53 2,17

6 0,948 30,81 3,25 38,76 0,936 30,42 3,33 39,62 0,945 30,72 3,23 38,72 39,04 3,27 0,51

7 0,828 26,89 3,35 46,56 0,832 27,02 3,34 46,37 0,837 27,19 3,28 45,76 46,23 3,32 0,42

8 0,789 25,62 3,09 49,09 0,765 24,83 3,19 50,71 0,808 26,24 2,99 47,65 49,15 3,09 1,53

48

Bảng 3.15. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch chất màu đến khả năng hấp phụ tím tinh thể

Tỉ lệ

(g/L)

A

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% A

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% A

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

H%tb qTB SD

1 1,224 38,58 12,87 25,02 1,256 39,59 12,05 23,33 1,219 38,42 12,90 25,32 24,56 12,61 1,07

2 0,922 29,04 11,20 43,55 0,917 28,89 11,38 44,07 0,927 29,20 11,06 43,25 43,62 11,22 0,41

3 0,688 21,65 9,93 57,92 0,709 22,32 9,78 56,79 0,718 22,60 9,58 56,08 56,93 9,76 0,93

ĐOBT

ĐOTN

4 0,486 15,27 9,05 70,32 0,465 14,61 9,26 71,71 0,478 15,02 9,08 70,81 70,95 9,13 0,71

5 0,246 7,69 8,75 85,05 0,251 7,85 8,76 84,80 0,239 7,47 8,77 85,48 85,11 8,76 0,34

6 0,207 6,46 7,50 87,45 0,217 6,78 7,48 86,88 0,238 7,44 7,31 85,54 86,62 7,43 0,98

7 0,189 5,89 6,51 88,55 0,194 6,05 6,51 88,29 0,175 5,45 6,55 89,41 88,75 6,53 0,59

8 0,381 4,78 5,83 90,71 0,432 5,43 5,78 89,49 0,404 5,07 5,78 90,14 90,11 5,80 0,61

1 1,402 44,20 7,25 14,09 1,387 43,73 7,91 15,32 1,408 44,39 6,93 13,72 14,38 7,36 0,84

2 1,311 41,33 5,06 19,67 1,328 41,87 4,89 18,93 1,306 41,17 5,08 19,98 19,53 5,01 0,54

3 1,186 37,38 4,69 27,35 1,203 37,92 4,57 26,57 1,172 36,94 4,80 28,21 27,38 4,69 0,82

4 1,102 34,73 4,18 32,50 1,128 35,55 4,02 31,16 1,142 35,99 3,83 30,05 31,24 4,01 1,23

5 0,975 30,72 4,15 40,30 0,994 31,32 4,07 39,36 0,969 30,53 4,16 40,67 40,11 4,12 0,68

6 0,918 28,92 3,76 43,80 0,945 29,77 3,65 42,35 0,904 28,47 3,81 44,66 43,60 3,74 1,17

7 0,876 27,59 3,41 46,38 0,891 28,06 3,37 45,66 0,864 27,21 3,45 47,11 46,38 3,41 0,73

8 0,815 25,66 3,22 50,12 0,787 24,78 3,36 52,02 0,828 26,07 3,16 49,32 50,49 3,25 1,38

49

Hình 3.21. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối

lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ

xanh metylen

Hình 3.22. Ảnh hưởng của tỉ lệ khối

lượng vật liệu đến khả năng hấp phụ

tím tinh thể

Từ các kết quả thu được cho thấy, khi tỉ lệ khối lượng và thể tích của dung dịch

chất bị hấp phụ tăng từ 1,0 đến 8,0 g/L, hiệu suất hấp phụ xanh metylen và tím tinh

thể tăng nhưng dung lượng hấp phụ xanh của vật liệu giảm. Với tỉ lệ khối lượng

VLHP và thể tích của dung dịch chất bị hấp phụ là 5,0 g/L, hiệu suất hấp phụ và dung

lượng hấp phụ chất màu khá lớn. Cụ thể, đối với đá ong tự nhiên, dung lượng hấp phụ

và hiệu suất hấp phụ các dung dịch chất màu là 3,53 mg/g và 35,09 % (đối với xanh

metylen); 4,12 mg/g và 40,11% (đối với tím tinh thể); đối với đá ong biến tính dung

lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ các dung dịch là 7,2 mg/g và 71,62% (đối với

xanh metylen); 8,76 mg/g và 85,11% (đối với tím tinh thể). Mặt khác độ lệch chuẩn

của các lần thí nghiệm ở tỉ lệ 5 g/L là nhỏ nhất. Do đó, trong các thí nghiệm tiếp theo

chúng tôi sử dụng tỉ lệ khối lượng vật liệu trên thể tích của dung dịch chất bị hấp thụ

là 5,0 g/L.

3.3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen

và tím tinh thể của VLHP được trình bày trong bảng 3.16, 3.17 và hình 3.23, 3.24

dưới đây.

50

Bảng 3.16. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ xanh metylen

ĐOBT

ĐOTN

pH

Abs

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB Htb SD

2 0,765 24,83 5,06 50,46 0,781 25,36 4,97 49,48 0,748 24,28 5,14 51,44 5,06 50,46 0,979

3 0,721 23,40 5,35 53,33 0,706 22,91 5,46 54,36 0,742 24,08 5,18 51,83 5,33 53,17 1,273

4 0,703 22,81 5,46 54,50 0,689 22,35 5,57 55,47 0,716 23,23 5,35 53,53 5,46 54,50 0,970

5 0,685 22,22 5,58 55,67 0,692 22,45 5,55 55,27 0,645 20,91 5,82 58,17 5,65 56,37 1,570

6 0,634 20,55 5,91 59,00 0,657 21,30 5,78 57,55 0,627 20,32 5,93 59,35 5,88 58,63 0,951

7 0,601 19,47 6,13 61,15 0,613 19,87 6,06 60,42 0,632 20,49 5,90 59,02 6,03 60,20 1,081

8 0,488 15,78 6,87 68,52 0,456 14,74 7,09 70,64 0,462 14,93 7,01 70,13 6,99 69,76 1,110

9 0,417 13,46 7,33 73,15 0,403 13,00 7,44 74,09 0,409 13,20 7,36 73,60 7,38 73,61 0,473

10 0,463 14,96 7,03 70,15 0,484 15,65 6,91 68,82 0,479 15,49 6,90 69,02 6,95 69,33 0,715

2 1,216 39,57 2,11 21,05 1,223 39,80 2,08 20,70 1,239 40,32 1,93 19,34 2,04 20,36 0,903

3 1,207 39,28 2,17 21,64 1,214 39,51 2,14 21,29 1,225 39,87 2,03 20,26 2,11 21,06 0,718

4 1,178 38,33 2,36 23,53 1,156 37,61 2,52 25,06 1,186 38,59 2,28 22,81 2,38 23,80 1,151

5 1,136 36,96 2,63 26,27 1,145 37,25 2,59 25,78 1,127 36,66 2,67 26,66 2,63 26,24 0,444

6 1,094 35,58 2,91 29,01 1,082 35,19 3,00 29,88 1,078 35,06 2,99 29,87 2,96 29,58 0,501

7 1,056 34,34 3,16 31,48 1,029 33,46 3,35 33,33 1,034 33,62 3,27 32,74 3,26 32,52 0,944

8 1,025 33,33 3,36 33,51 1,008 32,77 3,48 34,70 1,017 33,07 3,38 33,85 3,41 34,02 0,614

9 1,037 33,72 3,28 32,72 1,017 33,07 3,42 34,11 1,004 32,64 3,47 34,70 3,39 33,85 1,017

10 1,028 33,43 3,34 33,31 1,012 32,91 3,46 34,44 1,032 33,56 3,29 32,87 3,36 33,54 0,807

51

Bảng 3.17. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ tím tinh thể


pH

Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB

SD

2 0,669 21,052 5,99 58,73 0,687 21,620 5,83 57,41 0,638 20,073 6,24 60,84 6,02 1,73

3 0,547 17,198 6,76 66,28 0,583 18,335 6,48 63,88 0,521 16,377 6,98 68,05 6,74 2,10

4 0,415 13,029 7,60 74,46 0,434 13,629 7,43 73,15 0,496 15,587 7,14 69,59 7,39 2,52

ĐOBT

5 0,341 10,692 8,06 79,04 0,343 10,755 8,00 78,81 0,322 10,092 8,23 80,31 8,10 0,81

6 0,304 9,523 8,30 81,33 0,295 9,239 8,30 81,80 0,282 8,828 8,49 82,78 8,36 0,74

7 0,256 8,007 8,60 84,30 0,261 8,165 8,52 83,91 0,243 7,596 8,73 85,18 8,62 0,65

8 0,232 7,249 8,75 85,79 0,241 7,533 8,64 85,16 0,233 7,280 8,80 85,80 8,73 0,37

2 1,084 34,160 3,37 33,03 1,008 31,759 3,80 37,43 1,022 32,202 3,81 37,18 3,66 2,47

ĐOTN

3 1,044 32,896 3,62 35,51 0,989 31,159 3,92 38,61 0,996 31,380 3,98 38,79 3,84 1,84

4 0,991 31,222 3,96 38,79 0,974 30,685 4,01 39,55 0,992 31,254 4,00 39,03 3,99 0,39

5 0,937 29,517 4,30 42,14 0,933 29,390 4,27 42,10 0,965 30,401 4,17 40,70 4,25 0,82

6 0,914 28,790 4,44 43,56 0,929 29,264 4,30 42,35 0,957 30,148 4,22 41,19 4,32 1,19

7 0,901 28,380 4,53 44,37 0,915 28,822 4,39 43,22 0,934 29,422 4,37 42,61 4,43 0,89

8 0,904 28,474 4,51 44,18 0,871 27,432 4,67 45,96 0,925 29,138 4,43 43,16 4,53 1,41

52

Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH đến khả

năng hấp phụ MB của vật liệu

Hình 3.24. Ảnh hưởng của pH đến khả

năng hấp phụ CV của vật liệu

Kết quả cho thấy, trong vùng pH khảo sát, dung lượng hấp phụ xanh metylen và

tím tinh thể của đá ong tự nhiên giảm khi pH giảm. Điều này có thể được giải thích

như sau, ở giá trị pH thấp (nồng độ ion H + cao), xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa

ion H + và các cation chất màu, do đó làm giảm dung lượng hấp phụ xanh metylen và

tím tinh thể của vật liệu. Mặt khác, điểm đẳng điện của đá ong tự nhiên khoảng 7,4

nên khi giá trị pH của dung dịch nghiên cứu càng nhỏ so với giá trị điểm đẳng điện,

bề mặt đá ong tự nhiên càng tích điện dương, do đó dung lượng hấp phụ các cation

chất màu càng giảm. Đối với đá ong biến tính, dung lượng hấp phụ các chất màu tăng

khi giá trị pH của dung dịch nghiên cứu tăng dần. Điều này cũng được giải thích

rằng, khi pH thấp, có sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion H + và các cation chất màu nên

dung lượng hấp phụ các cation chất màu giảm. Trên cơ sở các kết quả thu được,

chúng tôi lựa chọn giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên

đá ong tự nhiên là 8, trên đá ong biến tính lần lượt là 9,0 và 8,0.


Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến khả năng hấp phụ

xanh metylen và tím tinh thể được trình bày trong các bảng 3.18, 3.19 và hình 3.25,

3.26 dưới đây.

53

ĐOBT

ĐOTN

Bảng 3.18. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ xanh metylen

Thời


gian

A

(phút)

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% HTb qTB SD

15 0,784 25,45 5,18 50,45 0,778 25,26 5,26 51,01 0,756 24,54 5,34 52,23 51,23 5,26 0,910

30 0,725 23,53 5,57 54,20 0,753 24,44 5,42 52,60 0,717 23,26 5,59 54,71 53,84 5,53 1,101

45 0,665 21,57 5,96 58,02 0,612 19,83 6,35 61,54 0,605 19,60 6,33 61,83 60,46 6,21 2,123

60 0,601 19,47 6,38 62,09 0,627 20,32 6,25 60,58 0,594 19,25 6,40 62,53 61,74 6,34 1,021

75 0,399 12,87 7,70 74,94 0,412 13,30 7,65 74,21 0,396 12,77 7,69 75,13 74,76 7,68 0,485

90 0,424 13,69 7,54 73,35 0,431 13,92 7,53 73,01 0,417 13,46 7,55 73,79 73,38 7,54 0,395

105 0,454 14,67 7,34 71,44 0,463 14,96 7,32 70,98 0,442 14,28 7,39 72,20 71,54 7,35 0,619

120 0,462 14,93 7,29 70,93 0,489 15,81 7,15 69,33 0,476 15,39 7,17 70,04 70,10 7,20 0,802

15 1,193 38,82 2,51 24,42 1,186 38,59 2,59 25,16 1,218 39,64 2,32 22,83 24,14 2,47 1,187

30 1,212 39,44 2,38 23,22 1,171 38,10 2,69 26,11 1,226 39,90 2,27 22,32 23,88 2,45 1,977

45 1,163 37,84 2,71 26,33 1,176 38,26 2,66 25,79 1,195 38,89 2,47 24,30 25,47 2,61 1,054

60 1,105 35,94 3,08 30,02 1,112 36,17 3,08 29,85 1,083 35,23 3,20 31,42 30,43 3,12 0,864

75 1,057 34,38 3,40 33,08 1,082 35,19 3,27 31,75 1,046 34,02 3,44 33,78 32,87 3,37 1,031

90 1,015 33,00 3,67 35,75 1,023 33,26 3,66 35,49 1,007 32,74 3,70 36,26 35,83 3,68 0,392

105 1,098 35,72 3,13 30,47 1,105 35,94 3,12 30,29 1,086 35,32 3,18 31,23 30,66 3,15 0,501

120 1,092 35,52 3,17 30,85 1,097 35,68 3,18 30,80 1,074 34,93 3,26 32,00 31,21 3,20 0,677

54

ĐOBT

ĐOTN

Bảng 3.19. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ tím tinh thể

Thời


gian

A

(phút)

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H% A

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

15 0,554 17,42 6,72 65,85 0,572 17,99 6,45 64,20 0,586 18,43 6,55 63,87 64,64 1,06

30 0,473 14,86 7,23 70,87 0,501 15,75 6,90 68,67 0,485 15,24 7,19 70,12 70,92 2,28

45 0,415 13,03 7,60 74,46 0,429 13,47 7,36 73,19 0,372 11,67 7,91 77,12 74,92 2,01

60 0,331 10,38 8,13 79,66 0,335 10,50 7,95 79,10 0,319 10,00 8,24 80,40 79,72 0,65

75 0,232 7,25 8,75 85,79 0,226 7,06 8,64 85,95 0,241 7,53 8,73 85,23 85,66 0,38

90 0,311 9,74 8,25 80,90 0,326 10,22 8,01 79,67 0,307 9,62 8,32 81,15 80,57 0,79

105 0,335 10,50 8,10 79,41 0,368 11,54 7,74 77,03 0,352 11,04 8,03 78,36 78,27 1,20

120 0,338 10,60 8,08 79,23 0,362 11,36 7,78 77,40 0,329 10,31 8,18 79,78 78,80 1,24

15 0,953 30,02 4,20 41,15 0,981 30,91 3,87 38,50 0,948 29,86 4,27 41,46 40,37 1,63

30 0,942 29,67 4,27 41,83 0,971 30,59 3,93 39,13 0,939 29,58 4,32 42,01 40,99 1,62

45 0,963 30,34 4,13 40,53 0,985 31,03 3,84 38,25 0,929 29,26 4,39 42,63 40,47 2,19

60 0,935 29,45 4,31 42,26 0,948 29,86 4,08 40,57 0,927 29,20 4,40 42,76 41,86 1,15

75 0,914 28,79 4,44 43,56 0,926 29,17 4,22 41,95 0,906 28,54 4,53 44,06 43,19 1,10

90 0,901 28,38 4,53 44,37 0,893 28,13 4,43 44,03 0,883 27,81 4,68 45,48 44,62 0,76

105 0,923 29,07 4,39 43,00 0,911 28,70 4,31 42,90 0,894 28,16 4,61 44,80 43,57 1,07

120 0,931 29,33 4,34 42,51 0,935 29,45 4,16 41,39 0,942 29,67 4,31 41,83 41,91 0,56

H%

Htb

SD

55

Hình 3.25. Ảnh hưởng của thời gian

tiếp xúc đến khả năng hấp phụ MB của

vật liệu

Hình 3.26. Ảnh hưởng của thời gian

tiếp xúc đến khả năng hấp phụ CV của

vật liệu

Từ kết quả thực nghiệm cho thấy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ giữa xanh

metylen và tím tinh thể trên vật liệu đá ong tự nhiên đều là 90 phút, thời gian đạt cân

bằng hấp phụ giữa xanh metylen và tím tinh thể trên vật liệu đá ong biến tính là 75

phút. Như vậy, thời gian đạt cân bằng hấp phụ của các dung dịch nghiên cứu trên đá

ong biến tính nhanh hơn trên đá ong tự nhiên. Có thể giải thích điều này là do khi

biến tính đá ong bằng chất hoạt động bề mặt có bản chất anion PSS, đã làm cho bề

mặt của đá ong được bao phủ bởi các lớp PSS nên việc hấp phụ các dung dịch dạng

cation như MB và CV xảy ra thuận lợi và nhanh hơn. Giá trị thời gian này sẽ được

chúng tôi sử dụng trong các thí nghiệm tiếp theo.

3.3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ

Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ

xanh metylen và tím tinh thể được trình bày trong các bảng 3.20, 3.21 và hình 3.27,

3.28 dưới đây.

56

ĐOBT

ĐOTN

CNaCl Ccb

Bảng 3.20. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ xanh metylen


q

(mg/L) (mg/g)

H%

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H%

Ccb

q

(mg/L) (mg/g)

H%

qTB SD Htb

0 15,716 7,22 69,67 16,565 7,01 67,91 15,389 7,025 69,537 7,09 0,979 69,042

1 14,376 7,50 72,29 14,833 7,40 71,38 14,964 7,254 70,793 7,38 0,757 71,489

5 12,775 7,65 74,97 12,676 7,54 74,84 12,513 7,797 75,701 7,66 0,464 75,171

10 13,820 7,35 72,68 14,605 7,37 71,60 14,572 7,202 71,191 7,31 0,767 71,824

50 14,114 7,37 72,31 14,016 7,40 72,54 14,180 7,267 71,930 7,35 0,307 72,260

75 14,670 7,35 71,48 14,768 7,15 70,77 13,657 7,411 73,070 7,30 1,180 71,771

100 16,239 6,97 68,22 17,578 6,76 65,78 16,467 6,901 67,695 6,88 1,287 67,233

0 33,592 3,65 35,18 33,101 3,71 35,88 33,297 3,444 34,086 3,60 0,906 35,050

1 34,278 3,52 33,94 34,376 3,49 33,67 35,225 3,202 31,248 3,40 1,482 32,952

5 34,703 3,27 32,01 34,931 3,23 31,65 34,735 3,352 32,549 3,28 0,454 32,068

10 33,918 3,33 32,94 33,167 3,65 35,51 34,049 3,307 32,685 3,43 1,563 33,714

50 34,408 3,31 32,50 34,703 3,27 32,01 33,657 3,372 33,374 3,32 0,692 32,627

75 34,343 3,42 33,23 34,343 3,23 32,02 34,114 3,320 32,730 3,32 0,608 32,657

100 35,683 3,08 30,18 33,330 3,61 35,11 34,637 3,267 32,049 3,32 2,492 32,446

57

Bảng 3.21. Ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl đến khả năng hấp phụ tím tinh thể

ĐOBT

CNaCl

Abs

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H% Abs

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

0 0,417 13,09 7,22 73,38 0,429 13,47 7,19 72,75 0,408 12,81 7,198 73,75 0,509 73,293

1 0,385 12,08 7,52 75,68 0,393 12,33 7,51 75,27 0,372 11,67 7,653 76,63 0,697 75,860

5 0,323 10,12 7,85 79,49 0,339 10,63 7,67 78,30 0,305 9,55 7,950 80,62 1,159 79,473

10 0,221 6,90 8,47 85,98 0,219 6,84 8,35 85,93 0,234 7,31 8,348 85,09 0,500 85,670

50 0,316 9,90 7,84 79,84 0,295 9,24 7,84 80,92 0,286 8,95 7,982 81,67 0,922 80,811

75 0,384 12,05 7,54 75,78 0,379 11,89 7,42 75,73 0,401 12,59 7,445 74,73 0,590 75,411

H%

SD

Htb

100 0,457 14,36 6,93 70,70 0,463 14,55 7,14 71,06 0,443 13,91 7,318 72,45 0,927 71,401

0 0,965 30,40 3,76 38,18 0,957 30,15 3,86 39,01 0,924 29,11 3,939 40,36 1,097 39,183

1 0,926 29,17 4,10 41,29 0,909 28,63 4,25 42,59 0,886 27,91 4,406 44,12 1,415 42,666

ĐOTN

5 0,933 29,39 4,00 40,47 0,945 29,77 3,84 39,23 0,903 28,44 4,172 42,31 1,550 40,671

10 0,867 27,31 4,39 44,55 0,876 27,59 4,20 43,24 0,882 27,78 4,255 43,37 0,720 43,719

50 0,899 28,32 4,16 42,35 0,897 28,25 4,03 41,65 0,868 27,34 4,305 44,05 1,236 42,684

75 0,896 28,22 4,31 43,27 0,873 27,50 4,30 43,87 0,905 28,51 4,261 42,77 0,553 43,305

100 0,908 28,60 4,08 41,62 0,916 28,85 3,90 40,33 0,919 28,95 3,932 40,45 0,711 40,800

58

Hình 3.27. Ảnh hưởng của nồng độ Hình 3.28. Ảnh hưởng của nồng độ

muối NaCl đến khả năng hấp phụ MB muối NaCl đến khả năng hấp phụ CV

của vật liệu.

của vật liệu.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi khảo sát ảnh hưởng của nồng độ muối NaCl

đến khả năng hấp phụ xanh metylen của vật liệu, đối với đá ong tự nhiên, khi không

có mặt NaCl thì dung lượng hấp phụ xanh metylen là cao nhất. Đối với đá ong biến

tính, sự có mặt của muối NaCl làm tăng hiệu suất hấp phụ xanh metylen tuy nhiên

không đáng kể so với trường hợp không có mặt NaCl và đạt hiệu suất cao nhất ở

nồng độ 5mM NaCl. Đối với tím tinh thể, sự có mặt của NaCl đều tăng hiệu suất hấp

phụ tím tinh thể của đá ong tự nhiên và đá ong biến tính, và đạt giá trị cao nhất ở

nồng độ 10mM NaCl. Do đó chúng tôi lựa chọn nồng độ muối NaCl là 10mM cho

các thí nghiệm tiếp theo.

Như vậy, các thông số tối ưu cho quá trình hấp phụ xanh metylen và tím tinh

thể trên đá ong tự nhiên và đá ong biến tính đã được nghiên cứu. Đó là: thời gian đạt

cân bằng hấp phụ, tỉ lệ khối lượng vật liệu trên thể tích của dung dịch hấp phụ, pH

của dung dịch nghiên cứu, nồng độ muối NaCl. Từ các kết quả này, chúng tôi tiến

hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ đầu của các dung dịch nghiên cứu để xác định

dung lượng hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể cực đại của các vật liệu, qua đó

bước đầu đánh giá hiệu quả của việc sử dụng vật liệu đá ong biến tính bằng polime

trong việc hấp phụ các cation chất màu so với đá ong tự nhiên.

Quá trình thực nghiệm và kết quả nghiên cứu được trình bày trong mục 2.4.2.5.

3.3.2.5. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen và tím tinh

thể của vật liệu hấp phụ

Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh

metylen và tím tinh thể của VLHP được trình bày trong các bảng và hình dưới đây.

59

Bảng 3.22. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ xanh metylen

ĐOBT

ĐOTN

C

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H%

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

25 4,039 3,91 82,88 4,156 3,90 82,43 3,810 3,93 83,76 4,002 3,91 0,68 1,02

50 11,842 7,40 75,74 12,012 7,52 75,78 12,208 7,53 75,52 12,020 7,48 0,31 1,61

75 26,467 9,58 64,41 25,846 9,81 65,49 27,056 9,74 64,28 26,456 9,71 0,66 2,72

100 45,095 10,88 54,68 46,141 10,80 53,93 45,193 10,83 54,50 45,476 10,84 0,39 4,20

125 67,706 11,39 45,69 65,941 11,55 46,68 68,033 11,55 45,92 67,227 11,50 0,52 5,85

150 89,616 11,81 39,72 90,923 11,81 39,38 93,701 11,75 38,53 91,413 11,79 0,61 7,75

175 115,150 11,84 33,95 115,804 11,84 33,82 116,588 11,84 33,68 115,847 11,84 0,13 9,79

200 142,078 11,97 29,64 139,987 11,90 29,83 141,686 11,99 29,73 141,251 11,95 0,09 11,82

25 7,554 3,21 67,97 7,816 3,05 66,12 7,750 3,14 66,96 7,707 3,13 0,93 2,46

50 26,761 4,41 45,18 28,820 4,39 43,24 27,154 4,41 44,82 27,578 4,40 1,03 6,26

75 47,448 5,38 36,20 48,624 5,72 37,05 49,114 5,39 35,44 48,395 5,50 0,81 8,80

100 68,817 6,14 30,83 72,608 6,03 29,34 75,614 6,05 28,58 72,346 6,07 1,15 11,91

125 90,059 6,92 27,75 94,830 6,65 25,97 91,235 6,59 26,52 92,041 6,72 0,92 13,70

150 112,667 7,20 24,22 115,150 7,26 23,97 114,758 7,21 23,90 114,192 7,22 0,17 15,81

175 138,026 7,26 20,82 143,516 7,27 20,22 138,418 7,28 20,82 139,987 7,27 0,35 19,25

200 165,085 7,37 18,25 169,007 7,47 18,10 164,954 7,30 18,12 166,349 7,38 0,08 22,54

H%

Ccb

TB

qTB

SD

Ccb

TB/q

60

Bảng 3.23. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Tím tinh thể

ĐOBT

ĐOBT

C

(ppm)

Ccb

(mg/L)


q

(mg/g)

H%

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

Ccb

(mg/L)

q

(mg/g)

H%

qTB SD Ccb/q lgCcb lgq

25 1,841 4,06 91,68 2,018 4,09 91,01 1,993 4,17 91,27 4,11 0,34 0,48 0,290 0,613

50 5,932 8,47 87,72 6,172 8,61 87,47 6,589 8,61 86,72 8,56 0,52 0,73 0,795 0,933

100 15,556 16,52 84,15 16,251 16,79 83,78 15,777 16,32 83,80 16,54 0,21 0,96 1,200 1,219

150 34,413 23,93 77,66 34,318 23,19 77,16 33,970 23,23 77,37 23,45 0,25 1,46 1,534 1,370

200 54,991 29,23 72,66 53,601 29,91 73,62 54,611 29,90 73,25 29,68 0,48 1,83 1,736 1,472

250 78,293 34,23 68,61 77,819 34,20 68,72 76,556 34,14 69,04 34,19 0,22 2,27 1,890 1,534

300 112,326 37,16 62,32 112,879 37,24 62,26 108,852 37,71 63,40 37,37 0,64 2,98 2,047 1,573

350 146,368 40,44 58,01 143,209 41,07 58,91 145,104 40,63 58,33 40,71 0,46 3,56 2,161 1,610

400 199,345 40,39 50,32 186,316 43,31 53,75 186,789 43,09 53,56 42,26 1,93 4,51 2,281 1,626

500 261,647 47,70 47,69 263,305 46,23 46,75 258,094 47,91 48,14 47,28 0,71 5,52 2,417 1,675

25 8,358 2,76 62,25 8,143 2,86 63,74 8,661 2,84 62,07 2,82 0,91 2,98 0,924 0,450

50 19,946 5,67 58,70 17,735 6,30 63,98 19,883 5,95 59,93 5,97 2,77 3,21 1,283 0,776

100 44,441 10,74 54,72 44,520 11,14 55,57 41,867 11,10 57,00 10,99 1,15 3,97 1,640 1,041

150 74,574 15,90 51,59 69,457 16,48 54,26 70,973 15,83 52,72 16,07 1,34 4,46 1,855 1,206

200 115,248 17,17 42,70 110,194 18,37 45,47 112,089 18,28 44,92 17,94 1,47 6,27 2,051 1,254

250 142,956 21,30 42,69 141,061 21,49 43,23 142,072 21,03 42,54 21,27 0,37 6,68 2,152 1,328

300 175,805 24,46 41,03 173,531 25,11 41,98 174,416 24,60 41,36 24,72 0,48 7,06 2,242 1,393

350 218,059 26,10 37,44 216,875 26,71 38,11 227,061 24,87 35,38 25,89 1,42 8,52 2,344 1,413

400 259,041 28,45 35,45 256,909 29,19 36,23 260,463 28,36 35,25 28,67 0,52 9,03 2,413 1,457

500 345,704 30,89 30,88 340,019 30,89 31,24 332,123 33,10 33,26 31,63 1,28 10,73 2,531 1,500

61

Dựa vào kết quả bảng 3.22, 3.23, chúng tôi tiến hành xử lý các số liệu theo

phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich, Kết quả đươc chị ra trong các

hình dưới đây.

Hình 3.29. Đường đẳng nhiệt hấp phụ

Langmuir của các VLHP đối với MB.


của các VLHP đối với MB.


Langmuir của các VLHP đối với CV


của các VLHP đối với CV


Freundlick của VLHP đối với CV


Freundlick của VLHP đối với MB

62

Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể trên

vật liệu tuân theo cả hai mô hình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Các thông số

của hai mô hình đẳng nhiệt được tóm tắt trong bảng 3.24.

Bảng 3.24. Các mô hình hấp phụ CV, MB của đá ong tự nhiên

và đá ong biến tính

Mô hình Langmuir

Mô hình Freundlich

Thông số

qmax

(mg/g)

R 2

b

(L/mg)

R 2

k

Xanh

metylen

Tím tinh

thể

ĐOTN 8,29 0.9934 0.048 0.2952 0.8884 1.713

ĐOBT 12,72 0.9998 0.122 0.2957 0.9892 3.159

ĐOTN 42,02 0.9866 0.008 0.6398 0.9794 0.868

ĐOBT 51,55 0.9928 0.028 0.4966 0.9745 3.532

Theo lý thuyết, khi tham số

có giá trị từ 0,1 0,5, quá trình hấp phụ xảy ra

dễ dàng; khi 0,5 < < 1,0, quá trình hấp phụ xảy ra khó khăn và khi >1,0, quá

trình hấp phụ xảy ra cực kì khó. Trong nghiên cứu của chúng tôi, các giá trị

của

quá trình hấp phụ MB và CV trên đá ong biến tính < 0,5, chứng tỏ sự hấp phụ MB

và CV trên đá ong biến tính là dễ dàng [34].

Kết quả thu được cho thấy, dung lượng hấp phụ tím tinh thể và xanh metylen

của vật liệu đá ong biến tính bằng PSS lần lượt là 51,55 mg/g và 12,72 mg/g cao

hơn so với đá ong tự nhiên nhưng thấp hơn vật liệu đá ong biến tính bằng SDS [4].

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy, dung lượng hấp phụ MB trên đá ong biến tính

bằng PSS thấp hơn vật liệu hấp phụ chế tạo từ quặng sắt [11], vật liệu SiO2 tinh

thể nano [5] hay vật liệu đá ong biến tính có gia thêm đất hiếm [3]. So với vật liệu

nanocomposite [23] hay vật liệu nano sắt từ oxit [27] thì dung lượng hấp phụ CV

trên ĐOBT bằng PSS cao hơn. Kết quả cũng cho thấy dung lượng hấp phụ CV trên

ĐOBT bằng PSS lớn hơn dung lượng hấp phụ MB. Kết quả này có thể được giải

63

thích dựa vào bản chất cấu tạo và độ phân cực của hai chất màu và phù hợp với kết

quả đo thế zeta của vật liệu.

Do dung lượng hấp phụ CV lớn hơn nhiều so với dung lượng hấp phụ MB

nên chúng tôi nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ CV trên vật liệu. Kết

quả được trình bày trong mục 3.4.

3.4. Động học quá trình hấp phụ tím tinh thể của đá ong biến tính

Kết quả khảo sát được trình bày trong các bảng 3.25 và hình 3.35, 3.36 dưới đây.

Bảng 3.25. Số liệu khảo sát động học hấp phụ CV của đá ong biến tính

(“-“: không xác định)

Co

(mg/L)

Thời gian

(phút)

Ccb

(mg/L)

q (mg/g) H(%) Log (qe-qt)

t/q

(phút.g/mg)

15 17,42 6.72 65.85 0.31 2.23

30 14.86 7.23 70.87 0.18 4.15

45 13.03 7.6 74.46 0.06 5.92

51,01

60 11.64 7.87 77.18 -0.06 7.62

75 7.25 8.75 85.79 - 8.57

90 9.74 8.25 80.9 -0.3 10.9

105 10.5 8.1 79.42 -0.19 12.96

120 10.6 8.08 79.22 -0.17 14.85

15 107.9 18.29 45.87 1.05 0.82

30 94.64 20.94 52.53 0.94 1.43

45 77.11 24.45 61.32 0.71 1.84

199,34

60 64.32 27.01 67.74 0.42 2.22

75 51.29 29.61 74.27 - 2.53

90 55.55 28.76 72.13 -0.07 3.13

105 56.02 28.66 71.9 -0.02 3.66

120 59.34 28 70.23 0.21 4.29

64

Hình 3.35. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 1 đối với tím tinh thể

Hình 3.36. Đồ thị biểu diễn phương trình động học bậc 2 đối với CV

Từ các phương trình, chúng tôi có được các tham số của các mô hình động học

(bảng 3.26 và 3.27).

Bảng 3.26. Một số tham số động học hấp phụ bậc 1 đối với CV

Nồng độ đầu

(mg/L)

R1 2 k1 (phút -1 ) qe,exp (mg/g) qe,cal (mg/g)

50,01 0,8047 0,0021 9,19 2,054

199,34 0,7659 0,0046 29,61 13,34

qe,exp : dung lượng hấp phụ cân bằng tính theo thực nghiệm

qe,cal : dung lượng hấp phụ cân bằng theo phương trình động học

65

Bảng 3.27. Một số tham số động học hấp phụ bậc 2 đối với CV

Nồng độ đầu (mg/L) R2 2 k2 (g/mg.phút) qe,exp (mg/g) qe,cal (mg/g)

51,01 0,9948 0,0302 9,19 8,496

199,34 0,9889 0,0029 29,61 31,45

Từ bảng 3.26; 3.27 cho thấy, các giá trị hệ số tương quan R 2 trong phương trình

động học bậc 1 mô tả quá trình hấp phụ CV của đá ong biến tính khá xa giá trị 1 (R 2 ≤

0,8). Ngoài ra, dung lượng hấp phụ CV tại thời điểm cân bằng tính theo mô hình

động học bậc 1 là 2,054 mg/g (đối với nồng độ CV là 50,01 mg/g) và 13,34 mg/g (đối

với nồng độ CV là 199,34 mg/g) khác xa so với giá trị thu được từ thực nghiệm

(tương ứng là 9,19 mg/g và 29,61 mg/g). Như vậy, quá trình hấp phụ tím tinh thể của

đá ong biến tính không tuân theo phương trình động học bậc 1. Đối với mô hình động

học bậc 2, các giá trị hệ số tương quan R 2 trong phương trình đều lớn hơn so với bậc

1 (R 2 >0,98). Mặt khác, so sánh giá trị dung lượng hấp phụ tại thời điểm cân bằng tính

theo mô hình động học bậc 2 (qe,cal) và theo thực nghiệm (qe,exp) là xấp xỉ nhau. Do đó

quá trình hấp phụ tím tinh thể trên ĐOBT tuân theo phương trình động học bậc 2.

3.5. Tái sử dụng vật liệu

Kết quả tái sử dụng vật liệu được trình bày trong bảng 3.28 và hình 3.37.

Bảng 3.28. Kết quả khảo sát quá trình tái sử dụng vật liệu

Abs Ccb (ppm) q (mg/g) H%

Hấp phụ lần đầu 0,369 1,699 4,218 92,54

Tái sử dụng lần 1 0,462 2,735 4,099 88,23

Tái sử dụng lần 2 0,582 3,279 4,040 86,04

Tái sử dụng lần 3 0,321 4,024 4,139 83,72

66

Hình 3.37. Đồ thị khảo sát khả năng tái sử dụng ĐOBT

Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau 4 lần sử dụng hiệu suất hấp phụ CV vẫn đạt

trên 83% chứng tỏ VLHP đã chế tạo có khả năng tái sử dụng khá tốt. Do đó hoàn

toàn có thể sử dụng đá ong biến tính bằng PSS để xử lý các cation chất màu có trong

các nguồn nước.

67

KẾT LUẬN

Qua quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài chúng tôi rút ra một số kết luận

chính sau:

1. Xác định điều kiện tối ưu cho quá trình biến tính đá ong bằng PSS (pH là 4;

nồng độ NaCl là 50 mM; tỉ lệ khối lượng vật liệu/ thể tích dung dịch là 5 mg/mL; thời

gian là 150 phút).

2. Kết quả nghiên cứu vật liệu bằng phương pháp SEM, BET, thế Zeta đã chứng

minh được quá trình biến tính đá ong bằng PSS là thành công.

3. Đã khảo sát được một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ xanh metylen, tím

tinh thể của vật liệu bằng phương pháp hấp phụ tĩnh (tỉ lệ khối lượng vật liệu hấp phụ

là 5 g/L; thời gian 75 phút; pH tối ưu cho sự hấp phụ xanh metylen là 9,0 và tím tinh

thể là 8,0; lực ion là 5mM NaCl cho MB; 10mM NaCl cho CV).

4. Sự hấp phụ xanh metylen và tím tinh thể trên vật liệu tuân theo mô hình đẳng

nhiệt Langmuir và Freundlich. Dung lượng hấp phụ cực đại xanh metylen, tím tinh

thể trên đá ong tự nhiên lần lượt là 8,29 mg/g; 42,02 mg/g; trên đá ong biến tính lần

lượt là 12,79 mg/g; 51,55 mg/g. Các giá trị 1 n

của mô hình Freundlich đều nhỏ hơn 0,5,

chứng tỏ sự hấp phụ MB, CV trên đá ong biến tính bằng PSS xảy ra thuận lợi, dễ dàng.

5. Quá trình hấp phụ tím tinh thể tuân theo phương trình động học bậc 2.

6. Đã khảo sát được khả năng tái sử dụng vật liệu. Kết quả cho thấy sau 3 lần tái

sử dụng, hiệu suất hấp phụ tím tinh thể vẫn đạt trên 83%.

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. TIẾNG VIỆT:

1. Dương Thị Tú Anh (2014), Giáo trình các phương pháp phân tích công cụ, Nxb

Giáo dục.

2. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kĩ thuật xử lý nước và nước

thải, Nxb Thống Kê.

3. Ma Thị Vân Hà (2015), “nghiên cứu khả nằn hấp phụ xanh metylen và metyl da

cam của các vật liệu đá ong biến tính”, Luận văn Thạc sĩ trường ĐHSP - ĐHTN.

4. Trương Thị Hoa (2017), "Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh metylen, tím tinh thể

của đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt", Luận văn thạc sĩ Trường

ĐHSP–ĐHTN.

5. Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn Hữu Nghị, Trần Hữu Bằng,

Đặng Thị Thanh Lê (2014), Tổng hợp và khảo sát hấp phụ xanh metylen trên vật

liệu SiO2 tinh thể nano, Tạp chí Hóa học, tập 52, số 5A, tr. 16 – 21.

6. Đỗ Trà Hương, Trần Thuý Nga (2014), Nghiên cứu hấp phụ màu metylen xanh bằng

vật liệu bã chè, Tạp chí Phân tích Hoá, Lý và Sinh học, tập 19, số 4, tr.27 - 32.

7. Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế (1998), Hóa lí tập II,

NXB Giáo dục, Hà Nội.

8. Đặng Trấn Phòng, Trần Hiếu Nhuệ (2005), Xử lí nước cấp và nước thải dệt

nhuộm, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội.

9. Hồ Viết Quý (2007), Các phương pháp phân tích công cụ trong hóa học hiện đại,

NXB Đại học Sư phạm Hà Nội.

10. Lê Hữu Thiềng (2011), Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số kim loại nặng và

chất hữu cơ độc hại trong môi trường nước của các vật liệu hấp phụ chế tạo từ bã

mía và khảo sát khả năng ứng dụng của chúng, Báo cáo tổng kết đề tài khoa học

và công nghệ cấp Bộ.

11. Nguyễn Thị Thương (2015), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ từ quặng

sắt Trại Cau - Thái Nguyên và khảo sát khả năng hấp phụ của xanh metylen và

metyl da cam của vật liệu hấp phụ ”, Luận văn thạc sĩ Trường ĐHSP-ĐHTN.

69

12. Ngô Thị Mai Việt, Honglatda Taochanhxay, Nguyễn Thị Hằng (2018), Hấp phụ

amoni, Mn(II) trên đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt, Tạp chí Phân

tích Hóa, Lý và Sinh học, T - 23, số 2, trang 93-101.

13. Ngô Thị Mai Việt, Nguyễn Thị Hằng, Phạm Thị Quỳnh, Nghiêm Thị Hương,

Ngô Thành Trung (2019), Tách loại amoni, Mn(II) trong nước sử dụng cột hấp

phụ đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề mặt, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và

Sinh học, T - 24, số 1, trang 90-95.

14. Ngô Thị Mai Việt, Nguyễn Thị Hoa (2017), “Hấp phụ xanh metylen, metyl da

cam và phenol đỏ trên quặng apatit Lào Cai biến tính bằng sắt từ oxit”, Tạp chí

Hóa học, tập 55, số 5e12, trang 128–133.

15. Ngô Thị Mai Việt, Nguyễn Thị Hoa (2017), “Nghiên cứu khả năng hấp phụ xanh

metylen và phenol đỏ của quặng apatit Lào Cai”, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và

Sinh học, tập 22, số 3, trang 124–131.

TIẾNG ANH:

16. A. Safa Özcan, Bilge Erdem, Adnan Özcan, “Adsorption of Acid Blue 193 from

aqueous solutions onto BTMA-bentonite”, Colloids and Surfaces A: Physicochem.

Eng. Aspects 266 (2005), pp. 73–81.

17. Asok Adak, Manas Bandyopadhyay, Anjali Pal (2006), “Fixed bed column study

for the removal of crystal violet (C. I. Basic Violet 3) dye from aquatic

environment by surfactant-modified alumina”, Dyes and Pigments 69 (2006), pp.

245-251.

18. C. Wang, C. Feng, Y. Gao, X. Ma, Q. Wu, and Z. Wang, “Preparation of a graphenebased

magnetic nanocomposite for the removal of an organic dye from aqueous

solution,” Chemical Engineering Journal, vol. 173, no. 1, pp. 92-97, 2011.

19. Docampo, R.; Moreno, S.N. (1990), “The metabolism and mode of action of

gentian violet”, Drug Metab. Rev. 22 (2-3): 161-178)]

20. Ghosh, K.G. Bhattacharyya, (2002), “Adsorption of methylene blue on

kaolinite”, Appl. Clay Sci. 20, pp 295–300.

21. Gorgas, Ferdinand J. S. (1901), “Pyoctanin - Methyl-Violet - Pyoctanine”, Dental

Medicine. A Manual Of Dental Materia Medica And Therapeutics, 7th

edition (chestofbooks.com)

70

22. M.A.M. Salleh, D.K. Mahmoud, W.A.W.A. Karim, A. Idris, Desalination 280

(2011).

23. M.Gholami, M.T. Vardini, G.R. Mahdavinia (2016), Investigation of the effect of

magnetic particles on the Crystal Violet adsorption onto a novel nano composite

based on carrageenan g – poly (methacrylic acid), Carbohydr. Polym., 136, pp.

772 – 781.

24. Martin A. Schoonen, Jan M.T. Schoonen, “Removal of crystal violet from

aqueous solutions using coal”, Journal of Colloid and Interface Science 422

(2014), pp. 1–8.

25. Ming Chen, Karen Shafer-Peltier, Stephen J. Randtke, Edward Peltier (2018) ,

“Competitive association of cations with poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS)

and heavy metal removal from water by PSS-assisted ultrafiltration” p. 155-164.

26. Pham Thu Thao, Pham Tien Duc (2018), Adsorptive removal of Rhodamine B

using sodium dodecyl sulfate modified laterite soil, Vietnam Journal of Science

and Technology, Vol 56 (6), pp. 706-713.

27. S. Hamidzadeh, M. Torabbeigi, S.J.Shahtaheri (2015), Removal of crystal violet

from water by magnetically modified activated carbon and nanomagnetic iron

oxide, J. Environ. Health Sci.Eng, 13, p. 8.

28. Shaobin Wang, Z.H. Zhu, Anthony Coomes, F. Haghseresht, G.Q. Lu (2004),

The physical and surface chemical characteristics of activated carbons and the

adsorption of methylene blue from waste water, Journal of Colloid and Interface

Science 284, pp. 440 – 446.

29. Shuang xing Zha, et al. (2013), The removal of amoxicilin from wastewater using

organobentonite, Journal of Environmental Management, 219, pp. 569-576.

30. Sudipta Chatterjee, Dae S. Lee, Min W. Lee, Seung H. Woo, “Enhanced

adsorption of congo red from aqueous solutions by chitosan

hydrogel beads impregnated with cetyl trimethyl ammonium bromide”,

Bioresource Technology 100 (2009), pp. 2803-2809.

31. Thi Phuong Minh Chu, et al. (2019), Synthesis, characterization, and

modification of alumina nanoparticales for cationic dye removal, Materials, 12,

450, pp. 1-15.

32. Tien Duc Pham, Hoang Hiep Nguyen, Ngoc Viet Nguyen, Thanh Tu Vu, Thi

71

Ngoc Mai Pham, Thi Hai Yen Doan, Manh Ha Nguyen and Thi Mai Viet

Ngo (2017), Adsorptive Removal of Copper by Using Surfactant Modified

Laterite Soil, Journal of Chemistry, Vol.2017, pp. 1-10.

33. Tran Thi Thuy, Le Van Anh, Pham Tien Duc (2017), Adsorptive removal of

oxytetracyline antibiotic from aqueous solution using surfactant modified

alumina, Vietnam Journal of Chemistry, Vol 55 (2e), pp. 172-176.

34. C. Wang, C. Feng, Y. Gao, X. Ma, Q. Wu, and Z. Wang, “Preparation of a graphenebased

magnetic nanocomposite for the removal of an organic dye from aqueous

solution,” Chemical Engineering Journal, vol. 173, no. 1, pp. 92–97, 2011.

72

Đề tài Nghiên cứu hấp phụ một số thuốc nhuộm trên đá ong biến tính Tác giả Nguyễn Thị Linh Trang

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?