Đẳng nhiệt hấp phụ arsenite bằng vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxit sắt - mangan

Bài viết này trình bày phương pháp biến tính diatomite Phú Yên bằng phản ứng trực tiếp giữa KMnO4 và Fe(II) ở pH = 6. Diatomite được biến tính bằng lưỡng oxit sắt và mangan sử dụng để nghiên cứu hấp phụ arsenite. Đẳng nhiệt hấp phụ arsen ở các pH khác nhau, ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ arsen sẽ được trình bày.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đẳng nhiệt hấp phụ arsenite bằng vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxit sắt - manganTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học – ĐH HuếTập 6, Số 1 (2016)ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ ARSENITE BẰNG VẬT LIỆU DIATOMITE BIẾN TÍNHLƯỠNG OXIT SẮT-MANGANBùi Hải Đăng Sơn1*, Trần Thanh Minh1, Nguyễn Hải Phong1, Nguyễn Đăng Ngọc21Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế2Sở Khoa học - Công nghệ tỉnh Thừa Thiên Huế*Email: buihaidangson@gmail.comTÓM TẮTTrong bài báo này trình bày quá trình hấp phụ arsenite bằng vật liệu biến tính lưỡng oxitsắt-mangan trên nền chất mang diatomite. Vật liệu biến tính được tổng hợp bằng phản ứngoxi hóa-khử giữa muối Fe(II) và KMnO4 trong môi trường pH=6. Đặc trưng vật liệu biếntính bằng các phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM) vàphương pháp phổ quang điện tử (XPS). Nồng độ dung dịch arsenite được định lượng bằngphương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS). Đẳng nhiệt hấp phụ được thực hiện ởcác pH khác nhau của dung dịch arsenite từ 3,5-9,5, sử dụng các mô hình đẳng nhiệtLangmuir, Frendlich, Frendlich biến đổi (modified Frendlich) để nghiên cứu.Từ khóa: diatomite, arsennite, arsenate, Fe-Mn/diatomite , modified Freundlich.1. MỞ ĐẦUArsen có thể tồn tại ở bốn trạng thái oxy hóa khác nhau bao gồm arsenate (As(V)),arsenite (As(III)), As(-III) (arsine) và As(0) (arsenic). Tuy nhiên, thường tồn tại trong tự nhiên ởdạng arsenic hóa trị 3 (arsenite) và arsenic hóa trị 5 (arsenate). Trạng thái ban đầu của arsenitelà axit H3AsO3, và chiếm ưu tiên trong môi trường kị khí. Arsenate tồn tại dưới hai dạngH2AsO33- and HAsO32- và dạng này ưu tiên tồn tại trong môi trường oxy hóa và hiếu khí. Cácdạng tồn tại của arsen phụ thuộc vào giá trị pH của môi trường, Gupta và cộng sự [1] đã ra cácdạng tồn tại của arsen trong môi trường nước theo pH . Arsenate trong môi trường hiếu khí dễ bịchuyển thành arsenite hơn môi trường kị khí. Arsenite kém bền về mặt nhiệt động học trong môitrường hiếu khí và dễ bị chuyển thành arsenate bởi các tác nhân oxy hóa như, chlorine tự do,hypochlorite, oxygen, ozone, permanganate và hydrogen peroxide Arsenite độc gấp 60 lần sovới arsenate [2].Có nhiều phương pháp để loại bỏ arsen trong đó phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệutự nhiên tỏ ra hiệu quả trong vấn đề loại bỏ các dạng của arsen với chi phí thấp và dễ dàng trongquá trình vận hành.97Đẳng nhiệt hấp phụ arsenite bằng vật liệu diatomite biến tính lưỡng oxit sắt-manganTrong bài báo này chúng tôi trình bày phương pháp biến tính diatomite Phú Yên bằngphản ứng trực tiếp giữa KMnO4 và Fe(II) ở pH = 6. Diatomite được biến tính bằng lưỡng oxitsắt và mangan sử dụng để nghiên cứu hấp phụ arsenite. Đẳng nhiệt hấp phụ arsen ở các pH khácnhau, ảnh hưởng pH đến khả năng hấp phụ arsen sẽ được trình bày.2. THỰC NGHIỆMKMnO4, FeSO4.7H2O (Merck, 99%) NaOH, HCl (Aldrich), oxit As2O3 (Merck) được sửdụng trong nghiên cứu này. Diatomite được lấy từ mỏ ở xã Tuy An, Tuy hòa, tỉnh Phú Yên,Việt Nam. Sau khi loại bỏ các tạp chất hữu cơ bằng phương pháp sa lắng nhiều lần lặp lại. Sảnphẩm được sấy khô ở 1000C bảo quản bằng chai thủy tinh nút nhám trong tủ sấy 600C.Vật liệu Mn-Fe-diatomite được điều chế theo tài liệu tham khảo [3]. Tóm tắt như sau:(i) Cho 2,0 g diatomite cho vào 7,5 mL dung dịch FeSO4 (0,125 mol/L). (ii) Thêm 7,5 mL dungdịch KMnO4 (0,025 mol/L) trong NaOH (0,1 mol/L) vào hỗn hợp trên. (iii) Khuấy hoàn toàndung dịch trong 30 phút ở pH = 6. (iv) Lọc rửa lấy chất rắn từ hỗn hợp và sấy ở 600C trong 12giờ. Ký hiệu mẫu: Fe-Mn/diatomite. Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ: Chuẩn bị 10 bình nón cónút nhám 250 mL, cân vào các bình khối lượng vật liệu tăng dần từ 0,01g; 0,025g;0,04g;…;0,013g; 0,145 g. Cho vào mỗi bình 50 mL dung dịch cần nghiên cứu (đã điều chỉnhđến pH thích hợp), lắc với tốc độ 240 vòng/phút, trong 24 giờ để bảo đảm quá trình hấp phụ đạtcân bằng. Lọc bỏ chất rắn bằng ly tâm và phân tích nồng độ cân bằng Ce của dung dịch sau khihấp phụ bằng phương pháp AAS. Dung lượng hấp phụ cân bằng được tính theo phương trình:=()(1)Trong đó, V là thể tích dung dịch; Co và Ce là nồng độ arsenite ban đầu và lúc đạt đếncân bằng; m là khối lượng Fe-Mn/diatomite.Fe-Mn-diatomite được đặc trưng bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) máy D8Advance. . Hình thái mẫu được đặc trưng bằng kính hiển vị điện tử quét (SEM). Thành phầnnguyên tố của diatomite được phân tích bằng phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) trên máy JED2300 JEOL. Phổ X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) được thực hiện trên máy ShimadzuKratos AXISULTRA DLD spectrometer kết hợp sử dụng phần mềm peak fitting -CASA XPS.Nồng độ dung dịch arsen được định lượng bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS, trênmáy AA 6800- Shimazu, Nhật3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN3.1. Đặc trưng vật liệu Fe-Mn/diatomiteThành phần hoá học của vật liệu Fe-Mn/diatomite được phân tích bằng phương phápEDS, kết quả trình bày ở bảng 1. Vật liệu chứa thành phần chủ yếu ...