Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên đá ong tự nhiên và quặng Apatit tự nhiên
Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 25, Số 2/2020
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ MỘT SỐ ION KIM LOẠI NẶNG
TRÊN ĐÁ ONG TỰ NHIÊN VÀ QUẶNG APATIT TỰ NHIÊN
Đến toà soạn 20-11-2019
Ngô Thị Mai Việt, Dương Thị Tú Anh
Khoa Hóa học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên
SUMMARY
STUDY ON ADSORPTION CAPACITY OF SOME HEAVY METAL IONS
ON NATURAL LATERITE AND NATURAL APATITE ORE
This paper focus on Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) adsorption study results on natural laterite and
natural apatite ore. Some characteristics of the materials were investigated by SEM, BET, IR. Some
conditions that were effective to the removal of Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) using the materials such
as pH, materials size, contact time and initial concentration of the metal ions were systematically
studied. The optimum pH for removal Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) for both laterite and apatite ore
was 2.0, 2.5, 6.0, 6.0, respectively. The materials size was 0,1 0,2 mm. The optimum contact time for
removal Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) was 90 min, 120 min, 150 min and 150 min for laterite while it
was 120 min, 150 min, 150 min and 150 min for apatite ore, at room temperature (25 ± 2oC),
respectively. Maximum adsorption capacity for Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) on laterite was 2.72
mg/g; 4.57 mg/g; 1.68 mg/g and 4.34 mg/g while it was 3.02 mg/g; 3.50 mg/g; 2.65mg/g and 5.32
mg/g on apatite ore, respectively.
1. MỞ ĐẦU
hiệu quả trong việc loại bỏ các ion kim loại
nhưng giá thành của các vật liệu này tương đối
cao. Vì vậy, các chất hấp phụ giá thành rẻ, có
nguồn gốc hoàn toàn tự nhiên rất thích hợp đối
với các nước đang phát triển. Bài báo này trình
bày các kết quả nghiên cứu về sự hấp phụ
Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) trên đá ong tự
nhiên và quặng apatit tự nhiên, từ đó đánh giá
khả năng hấp phụ các ion kim loại của các vật
liệu này.
Việc phát triển các ngành công nghiệp như
công nghiệp mạ, công nghiệp khai khoáng hay
luyện kim... đã góp phần phát triển kinh tế đất
nước. Tuy vậy, mặt trái của quá trình phát triển
này là sự ô nhiễm môi trường. Sự có mặt của
các ion kim loại nặng trong các nguồn nước là
một trong những nguyên nhân gây ảnh hưởng
xấu đến sức khoẻ con người. Do đó, loại bỏ
các ion kim loại nặng có trong các nguồn nước
là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học
quan tâm [4, 7-11, 13, 14]. Trong số các
phương pháp được dùng để loại bỏ ion kim
loại hiện nay (trao đổi ion, đồng kết tủa, hấp
phụ...) thì hấp phụ vẫn là một phương pháp
được dùng phổ biến nhất do tính ưu việt của nó
(tính kinh tế, hiệu quả, thân thiện với môi
trường, chất hấp phụ phong phú...). Mặc dù
than hoạt tính và các nano oxit kim loại khá
2. THỰC NGHIỆM
2.1. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu
Hóa chất:
Các dung dịch chuẩn Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) 1000 mg/L trong HNO3 1-2% của hãng
Merck, Đức. Fe(NO3).9H2O 99%; K2CrO4
99,5%; Mn(NO3)2 50%, d = 1,51 g/mL;
Ni(NO3)2.6H2O 99%; NH3 25 - 28%; HgSO4
98,5%; AgNO3 (ống chuẩn); (NH4)2S2O8 99%;
14
NaOH 96%; HNO3 65 ÷ 68%; Dung dịch brom
bão hòa; Dimetylglyoxim; Axit sunfosalisilic;
1,5 – diphenylcacbazide; Cồn tuyệt đối. Tất cả
hóa chất trên đều có độ tinh khiết PA.
mg/L; 49,15 mg/L; kích thước hạt vật liệu thay
đổi như sau: 0,1 0,2 mm; 0,2 0,6 mm; 0,6
0,8 mm.
+ Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu: sử dụng
giá trị pH, thời gian và kích thước hạt vật liệu
tối ưu đã xác định ở các thí nghiệm trước; nồng
độ ban đầu thay đổi từ 10,57 đến 149,93 mg/L
đối với Fe(III); 10,25 đến 148,94 mg/L đối với
Cr(VI); 9,48 đến 150,27 mg/L đối với Mn(II);
10,99 đến 105,12 mg/L đối với Ni(II).
Các thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ
phòng (25 ± 20C).
Thiết bị và dụng cụ nghiên cứu:
Máy lắc Máy lắc HY – 4 Guo Hua Electrial
Appliance (Trung Quốc); Máy đo pH 2 số
Presisa 900 (Thụy Sĩ); Máy quang phổ hấp thụ
phân tử UV 1700 (Shimadzu - Nhật Bản); Tủ
sấy Jeio tech (Hàn Quốc); Cân điện tử 4 số
Presicsa XT 120A (Thụy Sĩ); Bình định mức,
cốc thủy tinh, pipet, bình tam giác,…
2.2. Chuẩn bị nguyên liệu
Hiệu suất hấp phụ được tính theo công thức:
Đá ong tự nhiên được lấy tại huyện Thạch Thất
– Hà Nội, quặng apatit được lấy tại huyện Cam
Đường – Lào Cai. Sau khi thu thập, các vật
liệu được rửa bằng nước máy, sau đó được rửa
bằng nước cất và sấy khô ở 1000C. Nghiền vật
liệu đến các kích thước hạt khác nhau. Bảo
quản vật liệu trong lọ polyetylen sạch.
Co C
H
t .100%
(1)
Co
Trong đó:
H: hiệu suất hấp phụ (%)
Co, Ct: nồng độ ban đầu và nồng độ tại thời
điểm t của dung dịch ion kim loại (mg/L).
- Dung lượng hấp phụ cực đại được xác định
dựa vào phương trình hấp phụ đẳng nhiệt
Langmuir dạng tuyến tính:
2.3. Quy trình thực nghiệm và các thí
nghiệm nghiên cứu
2.3.1. Quy trình thực nghiệm
Ccb
q
1
1
Trong mỗi thí nghiệm hấp phụ:
- Thể tích dung dịch ion kim loại: 25 mL với
nồng độ xác định.
Ccb
(2)
qmax
qmax b
Trong đó:
- Lượng chất hấp phụ: 0,1 g
q, qmax: dung lượng hấp phụ và dung lượng hấp
phụ cực đại (mg/g).
Ccb: nồng độ ion kim loại tại thời điểm cân
bằng (mg/L).
- Thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng
(25 ± 20C), sử dụng máy lắc với tốc độ 200
vòng/phút.
2.3.2. Các thí nghiệm nghiên cứu
b: hằng số Langmuir
* Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến quá
trình hấp phụ ion kim loại của vật liệu:
+ Ảnh hưởng của pH: pH thay đổi từ 1,5 ÷ 3,0
đối với Fe(III), từ 2,0 ÷ 6,0 đối với Cr(VI), từ
2,0 ÷ 7,0 đối với Mn(II) và Ni(II); nồng độ ban
đầu của Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) tương
ứng là: 50,52 mg/L; 51,25 mg/L; 49,86 mg/L;
51,76 mg/L; thời gian hấp phụ: 150 phút.
+ Ảnh hưởng của thời gian: Sử dụng giá trị pH
đã tối ưu; nồng độ ban đầu của Fe(III), Cr(VI),
Mn(II) và Ni(II) tương ứng là: 51,23 mg/L;
49,82 mg/L; 50,67 mg/L; 51,93 mg/L; thời
gian hấp phụ thay đổi từ 10 ÷ 180 phút.
+ Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu: Sử
dụng giá trị pH và thời gian đã tối ưu; nồng độ
ban đầu của Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
tương ứng là: 49,98 mg/L; 51,32 mg/L; 48,32
Vẽ đồ thị Ccb/q = f(Ccb), từ đây tính được dung
lượng hấp phụ ion kim loại cực đại trên vật
liệu.
1
n
-
Phương trình Freundlich: q k .Ccb
Chuyển phương trình về dạng tuyến tính:
1
lg q lg k lgCcb
n
Trong đó:
Ccb : nồng độ của ion kim loại khi hệ đạt cân
bằng (mg/L)
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
15
1/n: hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ.
được phân tích trên máy GX - Perkin Elmer
(Mỹ).
- Diện tích bề mặt riêng của các vật liệu được
xác định theo phương pháp hấp phụ đa phân tử
BET trên máy Tristar 3000, Norcross, GA
(Mỹ).
Biểu diễn sự phụ thuộc Ln(q) vào Ln(Ccb), từ
đó tính được giá trị thực nghiệm k và 1/n của
phương trình đẳng nhiệt Freundlich.
* Các phương pháp nghiên cứu:
- Nồng độ các ion kim loại được xác định bằng
phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (UV-
Vis). Thiết bị được sử dụng là máy quang phổ
hấp thụ phân tử UV 1700 (Nhật Bản).
- Hình thái của vật liệu được nghiên cứu bằng
phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM). Thiết
bị được sử dụng là máy JEOL 6490 JED 2300
(Nhật Bản).
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Một số đặc trưng hóa lý của các vật liệu
3.1.1. Xác định hình thái của các vật liệu
- Hình thái của vật liệu được nghiên cứu bằng
phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) và
được trình bày trong hình 1.
- Phổ hồng ngoại của đá ong tự nhiên được
phân tích trên máy Affinity - 1S - Shimadzu
(Nhật Bản); phổ hồng ngoại của quặng apatit
a
b
Hình 1. Ảnh SEM của đá ong (a) và quặng apatit (b)
Kết quả ảnh SEM của các vật liệu cho thấy, bề
riêng của đá ong tự nhiên cao hơn quặng apatit.
Kết quả này cũng phù hợp với kết quả nghiên
cứu hình thái của vật liệu bằng phương pháp
SEM.
mặt đá ong tự nhiên xốp hơn so với bề mặt
quặng apatit.
3.1.2. Xác định diện tích bề mặt riêng (BET)
của các vật liệu
3.1.3. Phổ hồng ngoại của đá ong và quặng
apatit
Diện tích bề mặt riêng của đá ong và quặng
apatit lần lượt là: 68,03 m2/g và 5,91 m2/g. Kết
quả nghiên cứu cho thấy, diện tích bề mặt
Phổ hồng ngoại của các vật liệu được trình bày
trong hình 2.
101
100
98
96
798.97
1633.93cm-1
94
691.26
469.90cm-1
92
3695.13cm-1
3429.72cm-1
539.31cm-1
90
3619.74cm-1
88
913.33cm-1
86
1104.50cm-1
84
82
1032.84cm-1
1007.28cm-1
1000
80
79
4000
3500
3000
2500
2000
1500
500450
cm-1
a
b
Hình 2. Phổ hồng ngoại của đá ong (a) và quặng apatit (b)
16
Trên phổ hồng ngoại của đá ong tự nhiên có
các cực tiểu sau: cực tiểu ở 1032,36cm-1;
1008,03cm-1 của đá ong tự nhiên đặc trưng cho
các liên kết hóa trị Si-O-Si; cực tiểu ở vùng
3700cm-1 đặc trưng cho các nhóm silan Si-O-
H; cực tiểu ở 1630,48cm-1 của đá ong tự nhiên
đặc trưng cho liên kết biến dạng O-H của H2O
kết tinh. Ngoài ra, vân phổ tại 691,26 cm-1 và
539,31 cm-1 có thể gán cho liên kết Fe-O trong
đá ong. Trên phổ hồng ngoại của quặng apatit
có cực đại hấp thụ mạnh ở 1031cm-1. Cực đại
này có thể gán cho liên kết hoá trị P-O-H trong
quặng apatit. Cực đại ở 1009 cm-1 của quặng
apatit đặc trưng cho liên kết hoá trị Si-O-Si.
Cực đại ở 1633cm-1 của quặng apatit đặc trưng
cho liên kết biến dạng O-H của nước kết tinh
[3].
3.2. Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II),
Ni(II) của các vật liệu
3.2.1. Ảnh hưởng của pH
Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của pH đến khả
năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
của các vật liệu được trình bày trong hình 3.
a
b
Hình 3. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
của đá ong (a) và quặng apatit (b)
Các kết quả cho thấy: pH có ảnh hưởng khá
lớn tới khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI),
Mn(II) và Ni(II) của các vật liệu. Cụ thể:
đẳng điện của các vật liệu (pI của đá ong bằng
7,4 [11]; pI của quặng apatit bằng 5,5 [5]) thì
bề mặt vật liệu tích điện dương tạo điều kiện
thuận lợi cho sự hấp phụ anion. Do đó, giá trị
pH tối ưu cho sự hấp phụ Cr(VI) của các vật
liệu là 2,0.
Đối với Fe(III): Khi pH tăng từ 1,5 đến 2,5 thì
dung lượng hấp phụ Fe(III) của đá ong tự
nhiên và quặng apatit tăng dần. Điều này có
thể được giải thích là khi pH có giá trị nhỏ,
tương ứng với nồng độ ion H+ cao nên có thể
xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion H+ và
cation Fe(III), từ đó làm giảm dung lượng hấp
phụ Fe(III) của vật liệu. Khi pH lớn hơn 2,5 thì
có thể xảy ra sự kết tủa Fe(OH)3 [1] nên làm
giảm khả năng hấp phụ Fe(III) của các vật liệu.
Do đó giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ Fe(III)
của đá ong tự nhiên và quặng apatit là 2,5.
Đối với Cr(VI): Trong toàn miền pH khảo sát,
khi giá trị pH tăng thì dung lượng hấp phụ
Cr(VI) giảm. Đó là do khi pH càng cao thì
nồng độ OH- càng lớn nên xảy ra sự hấp phụ
cạnh tranh giữa ion OH- với các anion Cr(VI)
và làm giảm khả năng hấp phụ Cr(VI) của các
vật liệu. Với pH bằng 2,0 nhỏ hơn giá trị điểm
Đối với Mn(II): Khi pH tăng từ 2,0 đến 6,0 thì
dung lượng hấp phụ Mn(II) của các vật liệu
tăng dần. Điều này cũng có thể giải thích là khi
pH càng nhỏ thì sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion
H+ và cation Mn(II) càng lớn nên dung lượng
hấp phụ Mn(II) của các vật liệu càng giảm. Ở
giá trị pH = 6,0, nồng độ ion H+ giảm dần và
giá trị pH này có giá trị lớn hơn điểm đẳng
điện của quặng apatit nên ở giá trị pH 6,0, bề
mặt vật liệu tích điện âm, thuận lợi cho sự hấp
phụ các cation. Khi pH = 7,0 có thể xảy ra sự
kết tủa Mn(OH)2 nên dung lượng hấp phụ
Mn(II) của các vật liệu giảm. Do đó pH = 6,0
là giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ Mn(II) của
các vật liệu.
17
Đối với Ni(II): Sự ảnh hưởng của pH đối với sự
hấp phụ Ni(II) của các vật liệu được giải thích
tương tự như sự hấp phụ Mn(II). Các kết quả
khảo sát cho thấy, giá trị pH tối ưu cho sự hấp
phụ Ni(II) của đá ong và quặng apatit là 6,0.
liệu lần lượt là: pH 2,0; 2,5; 6,0 và 6,0. Điều
kiện pH tối ưu này sẽ được sử dụng cho các
nghiên cứu tiếp theo.
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian
đến dung lượng hấp phụ các ion kim loại của vật
liệu được trình bày ở hình 4.
Như vậy, giá trị pH tối ưu cho sự hấp phụ
Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) trên cả hai vật
a
b
Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
của đá ong (a) và quặng apatit (b)
Các kết quả thực nghiệm cho, thấy dung lượng
hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) của
vật liệu hấp phụ tăng khi thời gian tiếp xúc của
VLHP với ion kim loại tăng. Trong khoảng
thời gian đầu, dung lượng hấp phụ các ion kim
loại của các vật liệu tăng nhanh sau đó tăng
chậm dần và đạt trạng thái cân bằng. Cụ thể,
thời gian đạt cân bằng đối với Ni(II), Fe(III),
Cr(VI) và Mn(II) của đá ong tự nhiên lần lượt
là 90 phút, 120 phút, 150 phút và 150 phút; của
quặng apatit lần lượt là 120 phút, 150 phút,
150 phút và 150 phút. Đây là thông số thời
gian chúng tôi sẽ chọn để làm các thí nghiệm
tiếp theo.
3.2.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu
Khảo sát sự ảnh hưởng của kích thước hạt vật
liệu đến khả năng hấp phụ các ion kim loại,
chúng tôi thu được các kết quả trong bảng 1.
Bảng 1. Ảnh hưởng của kích thước hạt vật liệu đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
Nồng độ ban đầu Kích thước vật
Đá ong
Quặng apatit
(mg/L)
liệu d (mm)
0,1 0,2
0,2 0,6
0,6 0,8
0,1 0,2
0,2 0,6
0,6 0,8
0,1 0,2
0,2 0,6
0,6 0,8
0,1 0,2
0,2 0,6
0,6 0,8
Ccb (mg/L) q (mg/g) H (%) Ccb (mg/L) q (mg/g) H (%)
44,34
45,26
45,50
41,00
41,96
43,52
46,80
47,40
48,04
37,55
40,31
41,67
1,16
0,93
0,87
2,58
2,34
1,95
0,63
0,48
0,32
2,90
2,21
1,87
9,47
7,59
41,98
42,86
43,50
37,76
38,84
39,96
46,52
47,28
47,80
35,03
35,63
37,39
1,75
1,53
1,37
3,39
3,12
2,84
0,70
0,51
0,38
3,53
3,38
2,94
14,29
12,49
11,18
26,42
24,32
22,12
5,68
Fe(III)
C0 = 48,98
7,10
20,11
18,23
15,20
5,11
Cr(VI)
C0 = 51,32
Mn(II)
3,89
4,14
C0 = 48,32
2,60
3,08
23,60
17,99
15,22
28,73
27,51
23,93
Ni(II)
C0 = 49,15
18
Kết quả thực nghiệm cho thấy, khi kích thước
hạt vật liệu tăng thì dung lượng hấp phụ và
hiệu suất hấp phụ của Fe(III), Cr(VI), Mn(II)
và Ni(II) giảm. Đó là do khi kích thước hạt vật
liệu hấp phụ càng lớn thì diện tích bề mặt riêng
càng nhỏ nên sự hấp phụ càng kém. Với kết
quả nghiên cứu này, chúng tôi chọn kích thước
hạt vật liệu từ 0,1 0,2 mm cho các thí nghiệm
tiếp theo.
3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ đầu
Tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ
đầu Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) đến khả
năng hấp phụ của các vật liệu, chúng tôi thu
được kết quả trong bảng 2.
Bảng 2. Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến khả năng hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II)
và Ni(II) của vật liệu
Đá ong tự nhiên
Quặng apatit
Ion
Co
Ccb
q
Ccb/q
( mg/L)
13,05
22,76
33,27
41,19
49,69
57,40
63,84
0,77
Co
Ccb
q
Ccb/q
( mg/L)
9,11
( mg/L)
10,57
24,89
50,32
75,46
100,94
125,86
149,93
10,25
25,46
(mg/L)
8,09
(mg/g)
0,62
0,93
1,35
1,67
1,88
2,05
2,21
2,15
2,70
( mg/L)
10,62
25,76
50,15
75,17
99,94
125,19
151,03
9,87
(mg/L)
7,38
(mg/g)
0,81
1,31
1,78
1,95
2,23
2,47
2,62
1,63
2,18
21,17
44,92
68,78
93,42
117,66
141,09
1,65
20,52
43,03
67,37
91,02
115,31
140,55
3,35
15,66
24,17
34,55
40,82
46,68
53,65
2,06
Fe(III)
14,66
5,43
24,93
16,21
7,44
50,83
74,91
37,31
60,27
3,38
3,66
11,04
16,47
50,12
75,67
39,88
64,03
2,56
2,91
15,58
22,00
Cr(VI)
100,12
125,67
148,94
83,56
108,59
131,54
4,14
4,27
4,35
20,18
25,43
30,24
99,82
125,86
150,47
87,42
113,06
137,07
3,10
3,20
3,35
28,20
35,33
40,92
9,48
25,88
50,97
75,06
101,50
124,80
150,27
10,99
8,84
24,36
48,49
71,94
97,82
120,72
146,07
6,07
0,16
0,38
0,62
0,78
0,92
1,02
1,05
1,23
55,25
64,11
78,21
92,23
106,33
118,35
139,11
4,94
10,58
25,88
49,97
75,06
101,50
124,80
150,32
10,65
9,90
24,36
47,21
71,42
97,18
119,88
145,04
5,25
0,17
0,38
0,69
0,91
1,08
1,23
1,32
1,35
58,24
64,11
68,42
78,48
89,98
97,46
109,88
3,89
Mn(II)
Ni(II)
23,74
43,19
52,50
63,35
82,34
105,12
15,14
31,75
40,18
50,27
67,94
90,40
2,15
2,86
3,08
3,27
3,60
3,68
7,04
20,33
41,90
50,24
63,62
80,30
104,28
12,13
29,22
36,20
47,94
64,10
86,40
2,05
3,17
3,51
3,92
4,05
4,47
5,92
9,22
10,31
12,23
15,83
19,32
11,10
13,05
15,37
18,87
24,57
Từ các kết quả thu được, chúng tôi tiến hành
xây dựng phương trình Langmuir và phương
trình Freundlich. Kết quả khảo sát là một trong
những cơ sở ban đầu cho phép nhận định cơ
chế hấp phụ các ion Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) trên đá ong tự nhiên và quặng apatit.
Các kết quả được trình bày trong các bảng 3, 4
và các hình 5, 6 dưới đây.
19
Bảng 3. Các thông số hấp phụ theo mô hình Langmuir
Vật liệu
Đá ong tự nhiên
Quặng Apatit
Ion
qmax
(mg/g)
2,72
Hằng số Langmuir b
R2
qmax
(mg/g)
3,02
Hằng số Langmuir
b (L/g)
R2
(L/g)
0,026
0,113
0,012
0,063
Fe(III)
Cr(VI)
Mn(II)
Ni(II)
0,993
0,992
0,996
0,999
0,036
0,992
0,994
0,991
0,996
4,57
3,50
0,103
1,68
2,65
0,007
4,34
5,32
0,055
a
b
Hình 5. Sự phụ thuộc Ccb/q vào Ccb của Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
đối với đá ong (a) và quặng apatit (b)
a
b
Hình 6. Sự phụ thuộc Ln(q) vào Ln(Ccb) của Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
đối với đá ong (a) và quặng apatit (b)
Bảng 4. Các thông số hấp phụ theo mô hình Freundlich
Đá ong tự nhiên
Hằng số k
(mg/g)(mg/L)1/n
0,24
Quặng apatit
Hằng số k
(mg/g)(mg/L)1/n
0,39
Ion
Tham số 1/n
R2
Tham số 1/n
R2
Fe(III)
Cr(VI)
Mn(II)
Ni(II)
0,452
0,169
0,678
0,408
0,998
0,964
0,983
0,960
0,390
0,195
0,771
0,437
0,992
0,997
0,989
0,982
1,88
1,27
0,04
0,03
0,65
0,69
20
Nhận xét: Các kết quả nghiên cứu cho phép
nhận định rằng, sự hấp phụ Fe(III), Cr(VI),
Mn(II) và Ni(II) trên các vật liệu hấp phụ
tuân theo mô hình đẳng nhiệt Langmuir (R2
> 0,99) và Freundlich (R2 > 0,96). Như vậy,
bước đầu có thể giả thiết rằng sự hấp phụ các
ion Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) trên các vật
liệu xảy ra theo cơ chế hấp phụ vật lý và hấp
phụ hoá học.
Ni(II) trên đá ong tự nhiên và quặng apatit đều
nhỏ hơn 0,5 chứng tỏ sự hấp phụ Fe(III),
Cr(VI), Ni(II) trên các vật liệu là dễ dàng. Do
giá trị 1/n lớn hơn 0,5 nên quá trình hấp phụ
Mn(II) trên các vật liệu là khó khăn [12].
4. KẾT LUẬN
1. Đã nghiên cứu các đặc trưng hóa lí của đá
ong tự nhiên và quặng apatit tự nhiên bằng các
phương pháp SEM, BET, IR.
3.3. Đánh giá khả năng hấp phụ Fe(III),
Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) của các vật liệu
Kết quả nghiên cứu về mô hình hấp phụ
đẳng nhiệt Langmuir cho thấy: Dung lượng
hấp phụ cực đại của các ion trên đá ong tăng
theo thứ tự: Mn(II), Fe(III), Ni(II), Cr(VI).
Kết quả này có thể giải thích dựa vào giá trị
điểm đẳng điện của đá ong, giá trị pH tối ưu
khi tiến hành hấp phụ các ion trên đá ong,
cũng như bán kính ion hiđrat hoá của các ion
kim loại [6]. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra
rằng, dung lượng hấp phụ của các ion
Fe(III), Mn(II), Ni(II) trên quặng apatit lớn
hơn đá ong tự nhiên và tăng theo thứ tự
Mn(II), Fe(III), Ni(II). Dung lượng hấp phụ
Cr(VI) của đá ong tự nhiên cao hơn quặng
2. Đã nghiên cứu các điều kiện tối ưu cho phép
hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II) trên
các vật liệu. Cụ thể: pH tốt nhất cho sự hấp
phụ Cr(VI), Fe(III), Mn(II) và Ni(II) trên các
vật liệu lần lượt là 2,0; 2,5; 6,0 và 6,0. Thời
gian đạt cân bằng hấp phụ đối với Ni(II),
Fe(III), Cr(VI) và Mn(II) của đá ong tự nhiên
lần lượt là 90 phút, 120 phút, 150 phút và 150
phút; của quặng apatit lần lượt là 120 phút, 150
phút, 150 phút và 150 phút. Kích thước hạt vật
liệu từ 0,1 0,2 mm.
3. Sự hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và
Ni(II) trên các vật liệu tuân theo mô hình đẳng
nhiệt Langmuir và Freundlich. Dung lượng hấp
phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) cực đại trên
đá ong tự nhiên lần lượt là: 2,72 mg/g; 4,57
mg/g; 1,68 mg/g và 4,34 mg/g. Dung lượng
hấp phụ Fe(III), Cr(VI), Mn(II), Ni(II) cực đại
trên quặng apatit lần lượt là: 3,02 mg/g; 3,50
mg/g; 2,65mg/g và 5,32 mg/g. Sự hấp phụ
Fe(III), Cr(VI), Ni(II) trên đá ong tự nhiên và
quặng apatit là thuận lợi trong khi đó sự hấp
phụ Mn(II) trên các vật liệu là khó khăn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
apatit. Điều này có thể giải thích là do quặng
3-
apatit có chứa tâm hấp phụ dạng PO4
,
HPO42-… nên thuận lợi cho sự hấp phụ các
cation hơn các anion. Tuy diện tích bề mặt
riêng của đá ong lớn hơn quặng apatit nhưng
dung lượng hấp phụ của hầu hết các ion khảo
sát trên đá ong lại nhỏ hơn trên quặng apatit.
Kết hợp với các kết quả nghiên cứu mô hình
đẳng nhiệt hấp phụ; kết quả nghiên cứu về
phổ hồng ngoại, điểm đẳng điện, diện tích bề
mặt riêng… của các vật liệu cho thấy, sự hấp
phụ các ion Fe(III), Cr(VI), Mn(II) và Ni(II)
trên các vật liệu tuân theo cả hai cơ chế hấp
phụ vật lý và hấp phụ hoá học. So với một số
vật liệu có nguồn gốc tự nhiên khác, nhận thấy
dung lượng hấp phụ Ni(II) của đá ong và
quặng apatit cao hơn một số zeolite tự nhiên là
clinoptilolite và charbazite philipsite [2]; dung
lượng hấp phụ Cr(VI) của đá ong và quặng
apatit lớn hơn của bentonite tự nhiên [10]. Đối
với mô hình đẳng nhiệt Freundlich, các giá trị
1/n của quá trình hấp phụ Fe(III), Cr(VI),
1. Nguyễn Tinh Dung (2009), Hóa học phân
tích, Phần II, Các phản ứng trong dung dịch,
NXB ĐHSP.
2. Đặng Xuân Tập (2002), Nghiên cứu khả
năng hấp phụ của một số khoáng tự nhiên,
tổng hợp và ứng dụng của chúng, Luận án Tiến
sỹ Hóa học, ĐH Bách Khoa Hà Nội.
3. Nguyễn Đình Triệu (2006), Các phương
pháp vật lý ứng dụng trong hóa học, NXB
ĐHQG Hà Nội.
4. 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
21
8 trang
18/04/2022
1160
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu khả năng hấp phụ một số ion kim loại nặng trên đá ong tự nhiên và quặng Apatit tự nhiên", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_kha_nang_hap_phu_mot_so_ion_kim_loai_nang_tren_da.pdf
