Luận văn Nghiên cứu sử dụng bùn đỏ làm vật liệu xử lý florua trong nước ăn uống và sinh hoạt

. Đựng trong chai nhựa, dùng để pha ra các dung dịch có nồng độ thấp trong các thí nghiệm. - Pha dung dịch phân tích: + Dung dịch SPADNS Hòa tan 0,958g SPADNS (natri 2-(parasulfophenylazo)-1,8-dihidroxy-3,6- naphtalen disulfonat) bằng nước cất và định mức thành 500ml. + Dung dịch Zirconi trong môi trường axit Hòa tan 0,133g ZrOCl2.8H2O vào khoảng 25ml nước cất. Thêm 350ml HCl đặc rồi định mức đến 500ml bằng nước cất. + Hỗn hợp thuốc thử Zirconi – SPADNS Trộn lượng thể tích bằng nhau của hai dung dịch Zirconi trong môi trường axit và SPADNS đã pha ở trên, đựng trong lọ tối màu. Dung dịch này bền trong ít nhất là 2 năm. 2.2.1.2. Chuẩn bị hóa chất chế tạo vật liệu hấp phụ - Dung dịch Mg2+ 1,25M : Hòa tan 127,06g MgCl2.6H2O vào nước cất rồi định mức đến 500ml. Đựng trong chai để sử dụng cho chế tạo vật liệu - Dung dịch Ce3+ 10 g/L: Cân chính xác 6,143 g CeO2 vào cốc thủy tinh, nghiền nhỏ, thêm 40 ml dung dịch H2SO4 1M và 20 ml H2O2. Đun nhẹ đến khi CeO2 tan hết. Để nguội dung dịch rồi định mức thành 500 ml bằng nước cất. - Dung dịch NH3 2M: Dùng ống đong đo lấy 420 ml nước cất, sau đó thêm vào 80ml NH3 ta được 500ml dung dịch NH3 2M - Dung dịch H2O2 30% Các hóa chất khác được sử dụng trong thực nghiệm đều là loại tinh khiết phân tích, tinh khiết thuốc thử của Đức, Trung Quốc như: HCl, H2SO4, NaOH, AgNO3, BaCl2, Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 28 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị - Máy đo pH - Máy đo quang Spectroquant Nova 30 - Máy chụp SEM Hitachi S-4800 Scanning electron microscope - Máy nhiễu xạ tia X- D8 Advance - Bruker - Cân phân tích 4 số, tủ hút, tủ sấy, lò nung, máy lắc, máy lọc hút chân không - Các dụng cụ thí nghiệm dùng để phân tích và hấp phụ florua bằng nhựa PE. 2.3. Phương pháp phân tích florua bằng phương pháp SPADNS  Nguyên tắc xác định của phương pháp SPADNS [22]: SPADNS viết tắt của sodium 2-(parasulfophenylazo) 1,8-dihydroxy-3,6- naphtalene disulfonate. Phương pháp so màu dựa trên cơ sở phản ứng - giữa F- và phức màu của Zirconi-SPADNS màu đỏ tía. F- phản ứng với Zirconi trong phức màu tạo thành một phức anion không màu (ZrF62-). Khi nồng độ F- tăng lên thì sản phẩm sau phản ứng có màu nhạt dần đi. Dựa trên quan hệ tuyến tính giữa nồng độ florua và độ hấp thụ quang ABS của phức màu sẽ xác định được nồng độ florua cần phân tích.  Xây dựng đường chuẩn phân tích F- với nồng độ từ 0-1,4 mg/L: Từ dung dịch chuẩn F- 1g/L pha một dãy dung dịch các nồng độ F- khác nhau 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 mg/L. Hút chính xác mỗi dung dịch 10ml vào cốc nhựa phân tích, rồi thêm chính xác 2ml thuốc thử Zirconi-SPADNS đã chuẩn bị. Lắc đều, đem đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 570nm. 2.4. Chế tạo các loại vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ Mẫu bùn đỏ nguyên khai được lấy từ Dak Nông, Việt Nam có độ kiềm cao pH > 12. Trước hết cần trung hòa vật liệu về giá trị pH=7. 2.4.1. Trung hòa bùn đỏ thô Quy trình chế tạo vật liệu RM bằng cách trung hòa bùn đỏ thô: Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 29 Dùng dung dịch HCl 0,1M để trung hòa bùn đỏ thô về pH=7. Sau đó rửa sạch Cl- bằng nước cất (thử bằng dung dịch AgNO3). Sấy khô, để nguội rồi nghiền mịn cỡ hạt 0,1-0,5mm. Để vật liệu trong lọ sạch kín để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là RM. 2.4.2. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp nhiệt Quy trình chế tạo vật liệu bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM): Lấy bùn đỏ thô đã trung hòa (RM) ở trên đem nghiền mịn, cân xác định khối lượng để vào chén nung. Đem nung ở nhiệt độ 600oC trong 4 giờ, để nguội, nghiền mịn cỡ hạt 0,1-0,5 mm, để nguội cất trong lọ kín khô sạch để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là TRM. 2.4.3. Biến tính bùn đỏ bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua Quy trình chế tạo vật liệu Mg-RM bằng cách biến tính bùn đỏ RM bằng phương pháp ngâm tẩm magiê clorua: - Cân chính xác 10,0 g vật liệu RM đã được nghiền mịn cỡ hạt <0,5 mm, ngâm trong 100 ml dung dịch Mg2+ 1,25M, đảo trộn đều, ủ trong 6 giờ. - Đem sấy ở 150oC cho đến khi khô, để nguội - Đem nung ở nhiệt độ 450oC trong 4 giờ - Để nguội đến nhiệt độ phòng, rửa sạch Cl- bằng nước cất (thử bằng dung dịch Ag+), đem sấy khô ở 70oC trong 6 giờ - Nghiền đến kích thước hạt cỡ 0,1-0,5 mm, để nguội cất trong lọ kín sạch để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là Mg-RM. 2.4.4. Biến tính bùn đỏ bằng đất hiếm xeri oxit Ta biết rằng oxi ở trong H2O2 có số oxi hóa -1, làm cho H2O2 vừa có khả năng oxi hóa, vừa có khả năng khử. Thế oxi hóa khử phụ thuộc vào pH của môi trường. Trong môi trường axit, H2O2 có thể khử Ce4+ về Ce3+. Còn trong môi trường Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 30 bazơ H2O2 lại oxi hóa Ce3+ lên Ce4+ [10]. Vì vậy, sử dụng H2O2 trong quá trình tổng hợp vật liệu có hai ưu điểm sau: - Khi phá mẫu CeO2 để pha dung dịch muối xeri: H2O2 khử Ce4+ trong hợp chất CeO2 về Ce3+, quá trình phá mẫu trở nên dễ dàng hơn rất nhiều so với việc axit hóa CeO2 thành Ce4+. - Khi kết tủa hidroxit từ dung dịch Ce3+, ta lại cho H2O2 vào để oxi hóa phần Ce3+ lên Ce4+ tạo ra hỗn hợp Ce(OH)3, Ce(OH)4. Sấy hỗn hợp hidroxit này trong điều kiện có oxi không khí, oxi sẽ đi vào phá vỡ cấu trúc của khối vật liệu hidroxit, oxi hóa toàn bộ Ce(OH)3 thành Ce(OH)4. Làm cho vật liệu trở nên rất xốp, diện tích bề mặt tăng lên so với quá trình tổng hợp thông thường. 4Ce(OH)3 + O2 → 4CeO2 + 6H2O Quy trình chế tạo vật liệu Ce-RM từ RM bằng đất hiếm xeri oxit: - Cân 10,0 g vật liệu RM cho vào cốc thủy tinh 500ml, thêm 90ml dung dịch Ce3+ 10g/L, thêm 50ml H2O2, khuấy đều. Dùng dung dịch NH3 2M nhỏ giọt xuống đến khi Ce3+ chuyển hết về dạng hidroxit (màu nâu đỏ) và thử bằng giấy chỉ thị thấy pH ~ 7 thì dừng lại. Tiếp tục khuấy đều thêm 10 phút nữa. - Ủ kết tủa ở nhiệt độ 60-70oC trong 6 giờ. - Lọc kết tủa bằng phễu lọc với giấy lọc băng xanh. Rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất đến khi dịch lọc không còn ion SO42- (thử bằng dung dịch Ba2+). - Sấy khô hỗn hợp ở 70oC, nghiền nhỏ tới kích thước hạt 0,1-0,5 mm. - Để nguội cất trong lọ kín sạch để sử dụng cho các thí nghiệm. Kí hiệu vật liệu là Ce-RM. 2.5. Các phương pháp đánh giá đặc tính của vật liệu hấp phụ 2.5.1. Phương pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) Nguyên tắc xác định: Theo nguyên lý về cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể được xây dựng từ các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một quy định xác định. Khi chùm tia Rơnghen tới bề mặt tinh thể và đi vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng lưới này đóng vai trò như các phân tử nhiễu xạ đặc biệt. Các Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 31 nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ. Hình 2.1. Tia tới và tia phản xạ trên tinh thể Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào phương trình Vulf-bragg: nλ= 2d.sinθ Trong đó: n là bậc nhiễu xạ λ- là bước sóng của tia X d- khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể θ- góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ Với mỗi nguồn tia X có bước sóng xác định, khi thay đổi góc tới θ, mỗi vật liệu có giá trị đặc trưng. So sánh giá trị d và d chuẩn sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể của chất nghiên cứu. Có nhiều phương pháp để nghiên cứu cấu trúc bằng tia X: - Phương pháp bột: khi mẫu nghiên cứu là bột tinh thể, gồm những vi tinh thể nhỏ li ti. - Phương pháp đơn tinh thể: khi mẫu bột nghiên cứu gồm những đơn tinh thể có kích thước đủ lớn, thích hợp cho việc nghiên cứu. Từ hình ảnh nhiễu xạ ghi nhận được ta biết được cấu trúc của mẫu. Ứng dụng: phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể vật liệu. Ngoài ra phương pháp này còn có thể ứng dụng để xác định động học của quá trình chuyển pha, kích thước hạt và xác định đơn lớp bề mặt của xúc tác kim loại trên chất mang. Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 32 2.5.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Hiển vi điện tử là phương pháp sử dụng chùm tia electron năng lượng cao để khảo sát những vật thể rất nhỏ. Kết quả thu được qua những khảo sát này phản ánh về mặt hình thái, diện mạo và tinh thể của vật liệu mà chúng ta cần xác định. Phương diện hình thái bao gồm hình dạng và kích thước của hạt cấu trúc nên vật liệu. Diện mạo là các đặc trưng bề mặt của một vật liệu bao gồm kết cấu bề mặt hoặc độ cứng của vật liệu. Phương diện tinh thể học mô tả cách sắp xếp của các nguyên tử trong vật thể như thế nào. Chúng có thể sắp xếp có trật tự trong mạng tạo nên trạng thái tinh thể hoặc sắp xếp ngẫu nhiên hình thành dạng vô định hình. Cách sắp xếp của các nguyên tử một cách có trật tự sẽ ảnh hưởng đến các tính chất như độ dẫn, tính chất điện và độ bền của vật liệu. Phương pháp hiển vi điện tử quét được phát triển lần đầu tiên vào năm 1942 và thiết bị có giá trị thương mại được giới thiệu vào năm 1965. Phương pháp này được phát triển muộn hơn so với TEM là do những khó khăn về mặt điện tử trong việc quét dòng electron. Nhưng phương pháp SEM tỏ ra phổ biến hơn so với TEM do SEM có thể thu được những bức ảnh có chất lượng ba chiều cao, có sự rõ nét hơn và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu. Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng bởi vì nó cho độ phóng đại có thể thay đổi từ 10 đến 100.000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phù hợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt. Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 33 Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử quét Hình 2.2 là sơ đồ đơn giản của thiết bị SEM, chùm electron từ ống phóng được đi qua một vật kính và được lọc thành một dòng hẹp. Vật kính chứa một số cuộn dây (cuộn lái electron) được cung cấp với điện thế thay đổi, cuộn dây tạo nên một trường điện từ tác động lên chùm electron, từ đó chùm electron sẽ quét lên bề mặt mẫu tạo thành trường quét. Tín hiệu của cuộn lái cũng được chuyển đến ống catôt để điều khiển quá trình quét ảnh trên màn hình đồng bộ với quá trình quét chùm electron trên bề mặt mẫu. Khi chùm electron đập vào bề mặt mẫu tạo thành một tập hợp các hạt thứ cấp đi tới detector, tại đây nó được chuyển thành tín hiệu điện và được khuyếch đại. Tín hiệu điện được gửi tới ống tia catôt và được quét lên màn hình tạo nên ảnh. Độ nét của ảnh được xác định bởi số hạt thứ cấp đập vào ống tia catôt, số hạt này lại phụ thuộc vào góc bắn ra của electron khỏi bề mặt mẫu, tức là phụ thuộc vào mức độ lồi lõm bề mặt. Vì thế ảnh thu được sẽ phản ánh diện mạo bề mặt của vật liệu. 2.5.3. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện Giá trị trung hòa điện (Point of zero charge-pHpzc) là giá trị pH tại đó bề mặt vật liệu trung hòa về điện. Phương pháp xác định dựa trên giả thiết là các proton H+ và các nhóm hydroxyl OH- là các ion quyết định điện tích, vật liệu trong dung dịch Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 34 sẽ hấp thụ H+ hoặc OH-. Điện tích của bề mặt vật liệu phụ thuộc vào pH của dung dịch. Các phân tử kim loại trên bề mặt có thể liên kết hoặc phá liên kết với proton của dung dịch phụ thuộc vào đặc điểm của vật liệu và pH của dung dịch. Do đó, bề mặt tích điện dương khi kết hợp với proton của dung dịch trong môi trường axit và tích điện âm khi mất proton trong môi trường kiềm. [6, 9, 38]. Phương pháp xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện-pHpzc của các vật liệu RM, TRM, Mg-RM và Ce-RM tiến hành thí nghiệm như sau: lấy 0,5 gam vật liệu cần nghiên cứu cho vào dung dịch KCl 0,1M, pH của dung dịch được điều chỉnh từ 2-12 bằng dung dịch NaOH 0,1M hoặc HCl 0,1M. Sau khi đạt cân bằng, xác định lại pH của dung dịch, gọi là pH sau (pHf) của dung dịch. Từ đó xác định được ∆pH= pHf – pH. Vẽ đồ thị pH và ∆pH, đồ thị này cắt trục Ox tại giá trị nào đó chính là pHpzc của vật liệu cần nghiên cứu. Từ đó vẽ đồ thị xác định pHpzc của vật liệu. Hình 2.3. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu Giá trị pHpzc cho biết trong điều kiện thí nghiệm đó bề mặt vật liệu mang điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát các vật liệu trên ở môi trường pH<pHpzc thì bề mặt vật liệu mang điện tích dương (pH<pHpzc), ngược lại bề mặt vật liệu mang điện tích âm. Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 35 2.5.4. Phương pháp đánh giá khả năng hấp phụ florua của vật liệu 2.5.4.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ Việc khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ hay khảo sát động học hấp phụ giúp chúng ta đánh giá được quá trình hấp phụ là nhanh hay chậm, xác định được thời gian cân bằng hấp phụ để làm thí nghiệm xây dựng đường đẳng nhiệt hấp phụ. Quá trình hấp phụ coi như đạt cân bằng khi ta có 3 số liệu sát nhau dao động quanh 1 con số (hay sai lệch giữa 2 số cuối không quá 2%) [5, 7, 11] - Cách tiến hành: Lấy 0,5 g vật liệu cần nghiên cứu cho vào thể tích V=50ml dung dịch F- có nồng độ ban đầu là C0=10 mg/L. Chuẩn dung dịch về pH=7, lắc trong các khoảng thời gian 30 phút đến 180 phút. Đem lọc qua giấy lọc băng xanh và xác định nồng độ F- trong dịch lọc bằng phương pháp phân tích SPADNS. - Cách tính tải trọng hấp phụ: qe = (࡯૙ି࡯ࢋ).ࢂ࢓ (mg/g) 2.5.4.2. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của vật liệu Một trong các đặc trưng quan trọng của quá trình hấp phụ là sự phụ thuộc vào giá trị pH. Sự thay đổi pH của môi trường dẫn đến sự thay đổi về bản chất của chất hấp phụ cũng như chất bị hấp phụ. Cách tiến hành: Lấy 0,5g vật liệu cần nghiên cứu cho vào 50ml dung dịch F- có nồng độ ban đầu là C0=10 mg/L, pH của dung dịch được điều chỉnh từ 3-12 bằng dung dịch KOH 0,1M hoặc HCl 0,1M. Lắc đến khi đạt cân bằng thì đem lọc qua giấy lọc băng xanh và xác định nồng độ F- trong dịch lọc bằng phương pháp phân tích SPADNS. 2.5.4.3. Khảo sát tải trọng hấp phụ theo hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich Để mô tả quá trình hấp phụ ở nhiệt độ không đổi người ta thường sử dụng các phương trình hấp phụ đẳng nhiệt. Được sử dụng phổ biến là các phương trình đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir. Ngoài ra, còn có các phương trình khác như: Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 36 phương trình Henri, BET (Brunauer Emmett Teller), Temkin và Dubinin. a. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lập dựa trên các điều kiện sau: - Bề mặt hấp phụ đồng nhất. - Các phân tử hấp phụ đơn lớp lên bề mặt chất hấp phụ. - Mỗi một phân tử chất bị hấp phụ chỉ chiếm chỗ của một trung tâm hoạt động bề mặt. - Tất cả các trung tâm hoạt động liên kết với các phân tử cùng một ái lực. - Không có tương tác qua lại giữa các phân tử chất bị hấp phụ. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng: e e e bC bCqq   1max Trong đó: qe: tải trọng hấp phụ (mg/g) qmax: tải trọng hấp phụ cực đại tính theo lý thuyết (mg/g) Ce: nồng độ chất bị hấp phụ khi đạt trạng thái cân bằng (mg/L) b: hằng số hấp phụ Trong một số trường hợp, giới hạn phương trình Langmuir có dạng :  Khi bCe << 1 thì q = qmaxbCe mô tả vùng hấp phụ tuyến tính.  Khi bCe >> 1 thì q = qmax mô tả vùng hấp phụ bão hoà.  Khi nồng độ chất hấp phụ nằm trung gian giữa hai khoảng nồng độ trên thì đường biểu diễn phương trình Langmuir là một đường cong. Hình 2.4. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 37 Để xác định các hằng số trong phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có thể sử dụng phương pháp đồ thị bằng cách chuyển phương trình trên thành phương trình đường thẳng : e e e C qbqq C maxmax 11  Đường biểu diễn Ce/qe phụ thuộc vào Ce là đường thẳng có độ dốc k = 1/qmax và cắt trục tung tại điểm 1/b.qmax Tải trọng hấp phụ cực đại của vật liệu : qmax = 1/tgα Hình 2.5. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Langmuir b. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich Đây là một phương trình thực nghiệm có thể sử dụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hoá học hay vật lý. Với giả thiết bề mặt hấp phụ không hoàn toàn đồng nhất. Sự hấp phụ trên trung tâm hoạt động tỉ lệ với hàm số mũ của nồng độ Được biểu diễn bằng phương trình: qe = Kf Ce1/n Trong đó: qe, C là dung lượng hấp phụ và nồng độ dung dịch tại thời điểm cân bằng Kf: là hằng số phụ thuộc vào to, diện tích bề mặt và các yếu tố khác n: là hằng số chỉ sự phụ thuộc vào to và luôn >1 Kf, n được xác định bằng thực nghiệm Đồ thị biểu diễn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng: ) max. 1 qb max/1 qtg  Ce Ce/qe Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 38 Hình 2.6. Đường hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 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. Để xác định các hằng số trong phương trình Freundlich ta chuyển phương trình hàm mũ về dạng phương trình đường thẳng: ln qe = ln Kf + (1/n) ln Ce Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnqe vào lnCe có dạng như hình sau: Hình 2.7. Đồ thị dạng tuyến tính của phương trình Freundlich Dựa vào đồ thị ta xác định được các giá trị Kf và n. - Cách tiến hành: Lấy 0,5 g vật liệu cho vào thể tích 50ml các dung dịch F- có nồng độ ban đầu lần lượt là: 10, 50, 100, 200, 300, 400, 500 mg/L. Chuẩn về pH =7, lắc đến khi đạt cân bằng hấp phụ thì dừng. Đem lọc qua giấy lọc băng xanh và xác định nồng độ F- trong dịch lọc bằng phương pháp SPADNS. qe Ce ) kfln ntg /1 lnCe lnqe Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 39 Sau đó xây dựng 2 mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich. Để xác định mô hình nào mô tả tốt hơn quá trình hấp phụ, ta xét giá trị hệ số tương quan R2 của đường tuyến tính. Hệ số R2 càng gần 1 thì mô hình tương ứng phù hợp hơn. Xác định tải trọng hấp phụ cực đại được tính từ phương trình đẳng nhiệt Langmuir: e e e C qbqq C maxmax 11  Xác định các hằng số Kf và 1/n từ phương trình Freundlich. ln qe = ln Kf + (1/n) ln Ce Từ đó so sánh khả năng hấp phụ của các loại vật liệu đã chế tạo. Xác định vật liệu có khả năng loại F- hiệu quả nhất để đưa vào các nghiên cứu một cách triệt để hơn. 2.5.4.4. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cạnh tranh đến quá trình hấp phụ Để xem xét khả năng ứng dụng vật liệu, trong thực tế nước ô nhiễm F- thường chứa các ion khác có thể cạnh tranh với F- trong quá trình hấp phụ. Chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của một số anion đến khả năng hấp phụ F- của hai vật liệu Mg-RM và Ce-RM là vật liệu có dung lượng hấp phụ cao trong bốn loại vật liệu đã chế tạo. Các anion được lựa chọn khảo sát gồm: Cl-, HCO3-, H2PO4- [17]. Tiến hành thí nghiệm: Lắc 0,5g vật liệu với 50ml dung dịch F- 5 mg/L, có nồng độ các anion thay đổi từ 100-500 mg/L, ở pH 6-7. Sau khi đạt cân bằng, xác định nồng độ F- còn lại trong dung dịch, từ đó tính được dung lượng hấp phụ F- của vật liệu khi có mặt ion ảnh hưởng và khi không có. Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 40 Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ florua từ bùn đỏ 3.1.1. Bùn đỏ trung hòa kiềm (RM) Bùn đỏ sau khi trung hòa kiềm được tiến hành nghiên cứu cấu trúc, bề mặt và xác định pH tại điểm đẳng điện với các kết quả thu được lần lượt như sau: 3.1.1.1. Phân tích cấu trúc vật liệu RM Hình 3.1. Giản đồ XRD của vật liệu RM Từ hình 3.1, giản đồ XRD của RM cho thấy sự có mặt của gibbsite Al(OH)3 và goethite FeO(OH) ở các đỉnh của góc nhiễu xạ 2θ bằng 18,4o; 20,3o; 20,5o và 17,8o; 21,3o; 26,3o; 33,2o; 34,6o; 36,6o; 41,1o; 53,2o; 58,9o. Kết quả này phù hợp với các tài liệu trước đây [13, 14, 18 ] đã công bố về thành phần cơ bản của bùn đỏ là hỗn hợp của nhôm và sắt hydroxit. 3.1.1.2. Phân tích bề mặt vật liệu RM Kết quả hình ảnh bề mặt vật liệu RM qua kính hiển vi điện tử trên hình 3.2 cho thấy vật liệu bùn đỏ RM sau khi được trung hòa bằng axit chỉ còn lại các khối kết tụ gồm Al(OH)3 và FeO(OH) co cụm xen lẫn vào nhau, bề mặt xuất hiện các lỗ xốp có cấu trúc bất thường, có các hạt kích thước rất nhỏ ~10-100nm tương đối đồng đều. F a c u lty o f C he m is tr y, H U S , V N U , D 8 A D V A N C E - Bru ke r - M au R M t ruo c H P 01 -0 81 -0 4 6 4 (C ) - G o e th ite , s yn - F e O (O H ) - Y : 9 0 .9 1 % - d x b y : 1 . - W L : 1 .5 4 0 6 - O r th o rh o m b ic - a 4 .6 0 48 0 - b 9 .9 5 9 5 0 - c 3 . 02 3 00 - al ph a 9 0 .0 0 0 - b e ta 90 . 00 0 - g a m m a 9 0. 0 00 - P rim itiv e - P b n m ( 6 2 ) - 4 01 -0 76 -1 7 8 2 (C ) - G ib b s it e - A l (O H )3 - Y : 8 7 .4 1 % - d x by : 1 . - W L : 1 .5 4 0 6 - M o no c li n ic - a 8 .6 4 10 0 - b 5 . 07 04 0 - c 9. 7 1 9 00 - a lph a 9 0 .0 0 0 - b e ta 85 . 4 3 0 - g a m m a 9 0 .0 0 0 - P ri m itiv e - P 2 1 /n ( 14 ) - 8 - 4 24 .4 6 8 F ile : Lin h K 2 1 m a u b u n d o .r a w - T yp e: L o ck e d C o u p led - S ta r t: 1 0. 0 0 0 ° - E n d : 7 0 .0 0 0 ° - S t e p: 0 .0 3 0 ° - S te p tim e : 1 . s - T e m p . : 2 5 °C (R o om ) - T im e S t a rt ed : 10 s - 2 -T h et a : 1 0 .0 0 0 ° - T h e ta : 5. 0 00 ° - C h i : 0 Li n (C ps ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 16 0 17 0 18 0 19 0 20 0 21 0 22 0 23 0 24 0 25 0 26 0 27 0 28 0 29 0 30 0 31 0 32 0 2 -Th eta - S c a le 1 0 2 0 3 0 4 0 50 6 0 7 0 d= 4. 83 7 d= 4. 36 7 d= 4. 14 2 d= 2. 69 2 d= 2. 52 4 d= 2. 41 3 d= 2. 21 8 d= 1. 69 5 d= 1. 53 6 d= 1. 48 7 d= 2. 16 1 Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 41 Hình 3.2. Hình ảnh bề mặt vật liệu RM qua kính hiển vi điện tử quét 3.1.1.3. Xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu RM Kết quả xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu RM được biểu diễn trong bảng 3.1 và hình 3.3. Bảng 3.1. Kết quả xách định pHpzc của vật liệu RM pH 2,31 3,95 6,30 7,80 9,87 11,5 pHf 2,90 4,79 5,52 5,87 6,26 10,00 ∆pH 0,59 0,84 -0,78 -1,93 -3,61 -1,50 Hình 3.3. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu RM Hình 3.3 cho thấy vật liệu RM có giá trị pHpzc= 5,5. Giá trị pHpzc =5,5 cho biết trong điều kiện thí nghiệm đó bề mặt vật liệu RM mang điện tích âm hay dương, nếu tiến hành thí nghiệm khảo sát vật liệu này ở môi trường pH<pHpzc=5,5 thì bề mặt vật liệu RM mang điện tích dương, ngược lại pH>5,5 bề mặt vật liệu mang điện tích âm. -4 -3 -2 -1 0 1 2 1 3 5 7 9 11 ∆ pH pH Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 42 3.1.2. Bùn đỏ biến tính nhiệt (TRM) 3.1.2.1. Phân tích cấu trúc vật liệu TRM Hình 3.4. Giản đồ XRD của vật liệu TRM Từ hình 3.4 cho thấy quá trình biến tính nhiệt đã làm thay đổi cấu trúc vật liệu, dạng gibbsite Al(OH)3 biến mất và goethite FeO(OH) chuyển thành Fe2O3, chất hấp phụ chuyển từ dạng hidroxit sang dạng oxit. 3.1.2.2. Phân tích bề mặt vật liệu TRM Vật liệu TRM được chế tạo từ vật liệu RM sau khi nung ở nhiệt độ cao 600oC nên chỉ còn lại các thành phần oxit Al2O3 và Fe2O3 có nhiều hạt có kích thước nhỏ hơn từ ~10-100nm, tương tự hình ảnh SEM của vật liệu RM nhưng còn thấy các lỗ rỗng và khoảng trống các khối co cụm rời rã hơn có thể là do quá trình calcite hóa ở nhiệt độ cao, làm vật liệu trở lên xốp hơn so với vật liệu RM. Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 A DVANCE-Bruker - Mau TRM truoc HP 00 -001-10 53 (D) - Hem atite - Fe 2O 3 - Y: 94.30 % - d x by: 1. - W L: 1.5406 - Rho mb o.H .axe s - a 5 .02 800 - b 5 .02800 - c 13 .730 00 - al pha 90.000 - beta 90 .000 - ga mm a 1 20 .00 0 - Prim i ti ve - R-3c (167 ) - 2 - File : Lin h K 2 1 m au TRM tr uoc HP .r aw - Type : Loc ked Coup led - S tar t: 10.000 ° - E nd : 70 .000 ° - S te p: 0.03 0 ° - S tep time : 1. s - T emp.: 25 °C (Room ) - T im e S ta rted : 12 s - 2 -Theta : 10 .000 ° - Th eta : 5.000 ° Li n (C ps ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 2-Theta - Scale 2 0 30 40 50 60 7 0 d= 2. 68 5 d= 2. 50 4 d= 2. 17 1 d= 1. 82 7 d= 1. 68 7 d= 1. 44 9 d= 3. 66 6 Luận văn thạc sĩ Lê Thị Thùy Linh Lớp K21-Cao học Hóa Môi Trường 43 Hình 3.5. Hình ảnh bề mặt vật liệu TRM qua kính hiển vi điện tử quét 3.1.2.3. Xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu TRM Kết quả xác định giá trị pH tại điểm đẳng điện của vật liệu TRM được biểu diễn trong bảng 3.2 và hình 3.6. Bảng 3.2. Kết quả xách định pHpzc của vật liệu TRM pH 2,36 3,55 5,50 7,28 10,00 11,47 pHf 3,88 5,26 5,72 5,96 6,46 9,92 ∆pH 1,52 1,71 0,22 -1,32 -3,54 -1,55 Hình 3.6. Đồ thị xác định pHpzc của vật liệu TRM Hình 3.6 cho thấy vật liệu TRM có giá trị pHpzc= 5,7. Do vật liệu TRM được chế tạo từ vật liệu RM được trung hòa bằng axit nên