Khảo sát hấp phụ Cu2+ bằng vật liệu bentonit và bentonit hoạt hóa axit: Ảnh hưởng của pH và động học hấp phụ

Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ ion Cu2+ trong nước bằng vật liệu bentonit và bentonit hoạt hóa bằng axit. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu cũng được khảo sát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát hấp phụ Cu2+ bằng vật liệu bentonit và bentonit hoạt hóa axit: Ảnh hưởng của pH và động học hấp phụ 222 KHẢO SÁT HẤP PHỤ Cu2+ BẰNG VẬT LIỆU BENTONIT VÀ BENTONIT HOẠT HOÁ AXIT: ẢNH HƯỞNG CỦA pH VÀ ĐỘNG HỌC HẤP PHỤ SV. Nguyễn Thị Thuỳ Trang TS. Bùi Văn Thắng ABSTRACT. Naturally bentonite minerals were treated with 4M H2SO4 and the modified clays along with the parent clays were used as adsorbents for the Cu2+ ion in water. Adsorption was carried out in batch process with pH and interaction time as the experimental variables. Adsorption was fast attaining equilibrium within 120 min and conforming to second-order kinetics. The acid-activated bentonite minerals showed better adsorption capacity for the Cu2+ ion in water. Keywords: Bentonite, acid-activated bentonite, Cu2+ ion, adsorption, kinetic. 1. Giới thiệu Ô nhiễm môi trường do kim loại nặng đã trở nên quen thuộc và là đề tài nghiên cứu của rất nhiều nhà khoa học trong nước, cũng như trên thế giới. Ô nhiễm kim loại nặng trong nước thải chủ yếu là do công nghiệp sản xuất mạ kim loại, hoạt động khai thác khoáng sản, quá trình sản xuất ắc quy, sản xuất các loại sơn, phẩm nhuộm và các ngành công nghiệp sản xuất thuỷ tinh. Một số kim loại nặng như Hg, Pb, As, Cr, Cu, Mn,… thường không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các thể sinh vật và tích luỹ trong cơ thể chúng. Vì thế, chúng là các nguyên tố độc hại đối với sinh vật [2, 4]. Quá trình tích luỹ lâu dài của kim loại nặng trong chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường khác, do đó, việc loại bỏ các kim loại độc hại trong nước là cần thiết [7]. Sự dư thừa quá lớn lượng đồng trong cơ thể người gây tổn hại nghiêm trọng đến niêm mạc mắt, ăn mòn mao mạch, gan, gây tổn thương thận và kích thích hệ thống thần kinh trung ương gây ra trầm cảm, kích thích tiêu hoá quá mức và có thể gây ra hoại tử trong gan và thận [1, 5]. Một số phương pháp thường được sử dụng loại bỏ ion Cu2+ trong nước là phương pháp kết tủa hoá học, điện phân, trao đổi ion, hấp phụ và thẩm thấu ngược,… Trong đó, hấp phụ là phương pháp xử lý hiệu quả, rẻ tiền, dễ dàng thực hiện và thích hợp với các điều kiện khác nhau [1, 7]. Các loại khoáng đất sét phân bố rộng rãi trong tự nhiên, rẻ tiền và là loại vật liệu hấp phụ tiềm năng để loại bỏ các kim loại nặng trong nước thải. Bởi vì, chúng có diện tích bề mặt cao và dung lượng trao đổi cation lớn. Bentonit thuộc nhóm khoáng sét smectit kiểu 2:1, đơn vị cấu trúc cơ bản của chúng bao gồm hai tấm silic tứ diện kẹp giữa tấm nhôm bát diện. Sự thay thế đồng hình Si4+ bằng Al3+ trong tấm tứ diện và Al3+ bằng Mg2+, Fe2+ trong tấm bát diện làm cho bề mặt của lớp bentonit tích điện âm [1, 2]. So với một số loại khoáng sét khác, bentonit có tính chất hấp phụ đặc trưng và các tâm hấp phụ sẵn có ở trong khoảng không gian giữa lớp, cũng như ở bề mặt ngoài của lớp sét [6, 8]. Quá trình hấp phụ ion Cu2+ trên bentonit xảy ra theo hai cơ chế: (i) phản ứng xảy ra ở các tâm mang điện trên bề mặt lớp và (ii) phản ứng tạo phức với nhóm hiđroxyl trên bề mặt lớp sét [1]. Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát và so sánh khả năng hấp phụ ion Cu 2+ trong nước bằng vật liệu bentonit và bentonit hoạt hoá bằng axit. Ảnh hưởng của pH và thời gian đến khả năng hấp phụ ion Cu2+ trên vật liệu cũng được khảo sát. 223 2. Thực nghiệm 2.1. Nguyên liệu Bentonit nguyên liệu sử dụng trong nghiên cứu này là bentonit kiềm (Bình Thuận) có hàm lượng montmorillonit ≥ 80% (Bent). Dung lượng trao đổi cation là 75 meq/100g. Các hoá chất H2SO4, AgNO3, BaCl2, NaOH, HNO3, CuSO4.5H2O là những hoá chất sạch phân tích (Trung Quốc) và một số tác nhân cần thiết khác. 2.2. Điều chế chất hấp phụ BentH Quá trình hoạt hoá bentonit được tiến hành như sau: lấy 10 gam bentonit cho vào 100 ml dung dịch H2SO4 4M và khuấy với tốc độ 800 vòng/phút ở nhiệt độ 70oC trong thời gian 4 giờ. Sau phản ứng, huyền phù được lọc tách và rửa bằng nước cất vài lần để loại bỏ hết ion SO42- dư (thử bằng dung dịch BaCl2 0,01M) và sấy khô mẫu ở 60oC trong 10 giờ thu được vật liệu bentonit hoạt hoá, ký hiệu BentH. 2.3. Phương pháp xác định cấu trúc Xác định đỉnh phổ đặc trưng của vật liệu bentonit và bentonit hoạt hoá bằng phổ XRD trên máy D8 Advance-Bruker (Đức) sử dụng bức xạ 40 kV, 300 mA, quét từ 0,5-50o. Các dao động đặc trưng của vật liệu cũng được xác định trên máy Shimadzu, quét từ 400 – 4000 cm-1. 2.4. Khảo sát hấp phụ Quá trình hấp phụ được tiến hành bằng cách thêm 0,1 gam vật liệu Bent và BentH vào 100 ml dung dịch Cu2+. Hỗn hợp được tiến hành phản ứng trong thời gian nhất định, sau đó ly t ...