Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh - Chương 3

“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT SẮC ĐỒ HPLC CỦA DNT, DNP VÀ TNR
3.1.1. Ảnh hưởng của pH đến sắc đồ HPLC của DNT, DNP và TNR
Nồng độ các chất DNT, DNP và TNR trong các mẫu thí nghiệm được xác
định bằng phương pháp HPLC (mục 2.3.2 chương Hai).
Với các điều kiện đo như trên, sắc đồ HPLC của DNT, DNP và TNR ở dải pH
từ 2 đến 10 đều có chung một dạng.
min
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
mAU
0
25
50
75
100
125
150
175
D AD1 D, Sig=245,16 Ref =360,100 (DNT\D CH UAN 14. D)

6.284 - DNT
5.996
Hình 3.1. Sắc đồ HPLC của dung dịch DNT ở dải pH từ 2-10 trong môi trường nước
min
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
mAU
0
20
40
60
80
100
120
140
D AD1 C , Sig=365,16 Ref =360,100 (DN P\DCHUAN14.D )
3.069
Hình 3.2. Sắc đồ HPLC của dung dịch DNP ở dải pH từ 2-10 trong
môi trường nước
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
37
DNT
DNP
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
min
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
mAU
0
25
50
75
100
125
150
175
DAD1 C , Sig=420,16 Ref =360,100 (TNR \D CHUAN 05. D)
2.991 - TNR
Hình 3.3. Sắc đồ HPLC của dung dịch TNR ở dải pH từ 2-10 trong môi trường nước
3.1.2. Xây dựng đường chuẩn xác định DNT, DNP và TNR bằng phương pháp
HPLC


- Xây dựng đường chuẩn xác định DNT
Đường chuẩn xác định DNT được xây dựng bằng cách chuẩn bị 5 mẫu dung
dịch DNT có nồng độ tương ứng là 5; 10; 25; 50 và 100mg/l. Chạy từng mẫu trên
máy sắc ký lỏng hiệu năng cao tại tín hiệu đo λ = 245 nm cho ra đồ thị ngoại chuẩn
dùng để xác định hàm lượng DNT trong mẫu thí nghiệm.
Hình 3.4. Đồ thị ngoại chuẩn xác định DNT bằng phương pháp HPLC
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
38
TNR
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
- Xây dựng đường chuẩn xác định DNP
Đường chuẩn xác định DNP được xây dựng bằng cách chuẩn bị 5 mẫu dung
dịch DNP có nồng độ tương ứng là 5; 10; 25; 50 và 100mg/l. Chạy từng mẫu trên
máy sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC tại tín hiệu đo λ = 365 nm cho ra đồ thị ngoại
chuẩn dùng để xác định hàm lượng DNP trong mẫu thí nghiệm.
Hình 3.5. Đồ thị ngoại chuẩn xác định DNP bằng phương pháp HPLC
- Xây dựng đường chuẩn xác định TNR
Đường chuẩn xác định TNR được xây dựng bằng cách chuẩn bị 5 mẫu dung
dịch TNR có nồng độ tương ứng là 5; 10; 25; 50 và 100mg/l. Chạy từng mẫu trên
máy sắc ký lỏng hiệu năng cao tại tín hiệu đo λ = 420 nm cho ra đồ thị ngoại chuẩn
dùng để xác định hàm lượng TNR trong mẫu thí nghiệm.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
39
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Hình 3.6. Đồ thị ngoại chuẩn xác định TNR bằng phương pháp HPLC
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP PHỤ DNT, DNP VÀ TNR TRÊN
MỘT SỐ LOẠI THAN HOẠT TÍNH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC
3.2.1. Đặc điểm quá trình hấp phụ một số hợp chất nitro vòng thơm trên than
hoạt tính
3.2.1.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ đối với từng loại than hoạt tính
- Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ tới khả năng hấp phụ DNT
của than TQ, TM và AG đã lựa chọn các mốc thời gian 5, 10, 15 và 20 phút, khối
lượng than sử dụng là 20mg đối với than TQ, 30mg đối với than TM và 50mg đối với
than AG để thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm được trình bày trên hình 3.7.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
40
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
DNT
0
50
100
150
200
250
300
350
0 5 10 15 20
Thời gian hấp phụ (phút)
Dung lượng hấp phụ (mg/g)
TQ
TM
AG
Hình 3.7. Đồ thị xác định ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ DNT
của các loại than hoạt tính
Hình 3.7. cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ cho hệ hấp phụ TQ - DNT
là 5 phút; hệ TM - DNT là 15 phút và hệ AG - DNT là 15 phút.
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ tới khả năng hấp phụ DNP của
than TQ, TM và AG đã lựa chọn các mốc thời gian 5, 10, 15 và 20 phút, khối lượng
than sử dụng là 50mg đối với than TQ và TM và 100mg đối với than AG để thử
nghiệm. Kết quả thử nghiệm được trình bày trên hình 3.8.
DNP
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20
Thời gian hấp phụ (phút)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
TQ
TM
AG
Hình 3.8. Đồ thị xác định ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ DNP
của các loại than hoạt tính
Hình 3.8. cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ cho hệ hấp phụ TQ - DNP
là 10 phút; hệ TM - DNP và hệ AG - DNP là 15 phút.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
41
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
- Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ tới khả năng hấp phụ TNR của
than TQ, TM và AG đã lựa chọn các mốc thời gian 5, 10, 15 và 20 phút, khối lượng
than sử dụng là 75mg đối với than TQ và 100mg đối với than TM và 70mg đối với
than AG để thử nghiệm. Kết quả thử nghiệm được trình bày trên hình 3.9.
TNR
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20
Thời gian hấp phụ (phút)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
TQ
TM
AG
Hình 3.9. Đồ thị xác định ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ TNR
của các loại than hoạt tính
Hình 3.9. cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ cho hệ hấp phụ TQ - TNR;
TM - TNR và hệ AG - TNR là 15 phút.
3.2.1.2 Đặc điểm quá trình hấp phụ một số hợp chất nitro vòng thơm trên than
hoạt tính
Thí nghiệm được tiến hành trên 3 loại than hoạt tính TQ, TM và AG đối với từng
dung dịch chứa DNT, DNP và TNR. Thí nghiệm được tiến hành ở điều kiện nhiệt độ
25
0
C, pH ban đầu của dung dịch, thể tích dung dịch sử dụng 100ml, khối lượng than
50mg. Thời gian hấp phụ: lựa chọn thời gian hấp phụ tối ưu cho từng hệ than hoạt
tính và hợp chất nitro vòng thơm.
Kết quả xác định dung lượng hấp phụ một số hợp chất nitro vòng thơm bằng
than hoạt tính được trình bày trong các bảng 3.1; 3.2. và 3.3.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
42
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Bảng 3.1. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ (a) của các loại than hoạt tính
đối với DNT
C
0
DNT

(mg/l) C
t
DNT
(mg/l) a (mg/g)
TQ 97,25 1,04 192,42
TM 97,25 5,60 183,30
AG 97,25 28,02 138,46
Ghi chú: C
0
DNT
:
Nồng độ DNT ban đầu (mg/l)
C
t
DNT
: Nồng độ DNT còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Bảng 3.2. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của các loại than hoạt tính
đối với DNP
C
0
DNP

(mg/l) C
t
DNP
(mg/l) a (mg/g)
TQ 104,76 13,22 183,08
TM 104,76 53,01 103,50
AG 104,76 54,29 100,94
Ghi chú: C
0
DNP
:
Nồng độ DNP ban đầu (mg/l)
C
t
DNP
: Nồng độ DNP còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Bảng 3.3. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của các loại than hoạt tính
đối với TNR
C
0
TNR

(mg/l) C
t
TNR
(mg/l) a (mg/g)
TQ 118,50 28,62 179,76
TM 118,50 75,50 86,00
AG 118,50 80,59 75,82
Ghi chú: C
0
TNR
:
Nồng độ TNR ban đầu (mg/l)
C
t
TNR
: Nồng độ TNR còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Từ kết quả nghiên cứu xác định dung lượng hấp phụ của 3 loại than hoạt tính
TQ, TM và AG đối với DNT, DNP và TNR được dẫn trong bảng 3.1, 3.2. và 3.3. ta thấy:
- Các chất nitro thơm khác nhau thì dung lượng hấp phụ khác nhau. Như vậy,
dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào cấu trúc và bản chất hóa học của từng chất.
- Các loại than hoạt tính khác nhau thì dung lượng hấp phụ cũng khác nhau.
Như vậy, dung lượng hấp phụ phụ thuộc vào từng loại than.
- Đối với cả 3 chất, than TQ là than có dung lượng hấp phụ lớn nhất. Như vậy,
than TQ là than có khả năng hấp phụ lớn nhất đối với 3 chất nitro vòng thơm nghiên
cứu.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
43
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
- Dung lượng hấp phụ của 3 loại than hoạt tính đối với từng chất đã khảo sát
rất khác nhau và giảm dần theo dãy TQ> TM > AG. Như vậy, hai loại than chuyên
dụng để tẩy màu trong môi trường nước đó là than TQ của Trung Quốc và than TM
của Việt Nam có khả năng hấp phụ tốt DNT, DNP và TNR. Trong khi đó than AG
(Nga), thường được dùng trong công nghệ để xử lý khí thì hấp phụ DNT, DNP và
TNR kém hơn. Như vậy có thể thấy loại than hoạt tính dùng để xử lý khí sẽ bị hạn
chế khi sử dụng để hấp phụ DNT, DNP và TNR trong môi trường nước.
3.2.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
3.2.2.1. Ảnh hưởng của pH
pH có ảnh hưởng tương đối lớn đến quá trình hấp phụ bởi trên bề mặt than có
tồn tại một số nhóm chức và pH có thể làm thay đổi điện tích của một số nhóm chức
này. Ngoài ra pH cũng có thể ảnh hưởng đến chất bị hấp phụ (chất ô nhiễm cần xử
lý). Kết quả thử nghiệm ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của các loại than
đối với từng chất sẽ xác định được pH tối ưu cho mỗi loại than và mỗi chất khác
nhau.
• Đối với DNT
Lựa chọn dải pH thử nghiệm = 3; 5; 5,7 (pH ban đầu của dung dịch DNT); 6;
7; 9; 10. Khối lượng than lựa chọn: 20mg TQ, 30mg TM và 50mg AG.
DNT
0
50
100
150
200
250
300
350
2 3 4 5 6 7 8 9 10
pH dung dịch
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
TQ
TM
AG
Hình 3.10. Đồ thị xác định ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
44
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
các loại than hoạt tính đối với DNT
Thí nghiệm khả năng hấp phụ DNT bằng than hoạt tính ở dải pH từ 3 đến 10
cho thấy:
- Dung lượng hấp phụ DNT của cả 3 loại than phân thành 2 nhóm có giá trị
gần tương đương nhau, nhóm từ pH 3 ÷ 6 và nhóm từ pH 7 ÷ 10.
- Dung lượng hấp phụ DNT của than TQ, TM và AG phụ thuộc vào giá trị
pH của dung dịch. Ở giá trị pH axit, dung lượng hấp phụ DNT của 3 loại
than đều cao hơn so với ở giá trị pH trung tính và kiềm.
- Nhóm pH từ 3 ÷ 6, dung lượng hấp phụ DNT của than TQ, TM và AG
không có sự khác biệt nhiều nên pH tối ưu cho hệ hấp phụ được xác định
tại giá trị pH = 5,7 (pH ban đầu của dung dịch DNT trong nước).
• Đối với DNP
Lựa chọn dải pH thử nghiệm = 2,5; 3; 3,4 (pH ban đầu của dung dịch DNP);
5; 7; 9; 10. Khối lượng than lựa chọn: 50mg TQ, 80mg TM và 100mg AG.
DNP
0
50
100
150
200
250
2 3 4 5 6 7 8 9 10
pH dung dịch
Nồng độ cân bằng (mg/g)
TQ
TM
AG
Hình 3.11. Đồ thị xác định ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
các loại than hoạt tính đối với DNP
Hình 3.11. cho thấy pH càng thấp (2,5 - 3,4) khả năng hấp phụ DNP của các loại
than hoạt tính càng lớn (pH càng thấp dung lượng hấp phụ càng cao). Với pH trung
tính và kiềm, khả năng hấp phụ của than giảm đáng kể đặc biệt là pH kiềm. pH tối ưu
cho hệ than hoạt tính - DNP được lựa chọn ở pH = 3,4 để đảm bảo khả năng xử lý
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
45
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
DNP của các loại hoạt tính ở mức cao đồng thời thuận tiện trong quá trình xử lý do
pH = 3,4 là pH của dung dịch DNP trong nước.
• Đối với TNR
Lựa chọn dải pH thử nghiệm = 2,5; 3; 3,3 (pH ban đầu của dung dịch TNR);
5; 7; 9; 10. Khối lượng than lựa chọn: 50mg TQ, 100mg TM và 100mg AG.
TNR
0
50
100
150
200
250
2 3 4 5 6 7 8 9 10
pH dung dịch
Dung lượng hấp phụ
(mg/l)
TQ
TM
AG
Hình 3.12. Đồ thị xác định ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ của
các loại than hoạt tính đối với TNR
Từ hình 3.12. ta nhận thấy ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ TNR của
các loại than hoạt tính tương tự như với DNP. pH càng thấp (2,5 - 3,3) khả năng hấp
phụ TNR của các loại than hoạt tính càng lớn. Với pH trung tính và kiềm, khả năng
hấp phụ của than giảm đáng kể đặc biệt là pH kiềm. pH tối ưu cho hệ than hoạt tính -
TNR được lựa chọn ở pH = 3,3 để đảm bảo khả năng xử lý TNR của các loại hoạt
tính ở mức cao đồng thời thuận tiện trong quá trình xử lý do pH = 3,3 là pH của dung
dịch TNR.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Trong nghiên cứu về hấp phụ, nhiệt độ có ảnh hưởng khá lớn đến khả năng
hấp phụ của hệ một cấu tử. Đối với hấp phụ vật lý thường diễn ra mạnh hơn ở nhiệt
độ thấp và giảm khi nhiệt độ tăng. Đối với quá trình hấp phụ hoá học, khi nhiệt độ
giảm thì lượng chất bị hấp phụ cũng giảm và lượng chất bị hấp phụ tăng khi nhiệt độ
tăng nhưng khi tăng đến nhiệt độ tối ưu thì lượng chất hấp phụ hoá học cũng giảm.
• Đối với DNT
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
46
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ DNT của
các loại than hoạt tính được tiến hành với dải nhiệt độ 25; 30; 35; 40 và 50
0
C. Khối
lượng than lựa chọn: 20mg TQ, 30mg TM và 30mg AG.
DNT
0
50
100
150
200
250
300
350
20 25 30 35 40 45 50
Nhiệt độ (oC)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
Than TQ
Than TM
Than AG
Hình 3.13. Đồ thị xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ DNT
của các loại than hoạt tính
Từ kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ DNT
của các loại than hoạt tính ta thấy đối với cả 3 loại than TQ, TM và AG khi nhiệt độ
tăng lượng chất bị hấp phụ (DNT) giảm (dung lượng hấp phụ giảm). Như vậy, quá
trình hấp phụ của các loại than hoạt tính đối với DNT là quá trình hấp phụ vật lý.
Nhiệt độ tối ưu cho hệ hấp phụ than hoạt tính - DNT là 25
0
C.
• Đối với DNP
Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ DNP của
các loại than hoạt tính được tiến hành với dải nhiệt độ 25; 30; 35; 40 và 50
0
C. Khối
lượng than lựa chọn: 50mg TQ, 80mg TM và 100mg AG.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
47
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
DNP
0
50
100
150
200
20 25 30 35 40 45 50
Nhiệt độ (oC)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
Than TQ
Than TM
Than AG
Hình 3.14. Đồ thị xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ DNP
của các loại than hoạt tính
Cũng như với DNT, quá trình hấp phụ DNP của các loại than hoạt tính (TQ,
TM và AG) là quá trình hấp phụ vật lý. Nhiệt độ tối ưu cho hệ hấp phụ than hoạt tính
- DNP là 25
0
C.
• Đối với TNR
TNR
0
50
100
150
200
250
20 25 30 35 40 45 50
Nhiệt độ (oC)
Dung lượng hấp phụ
(mg/g)
Than TQ
Than TM
Than AG
Hình 3.15. Đồ thị xác định ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng hấp phụ TNR
của các loại than hoạt tính
Nhiệt độ tối ưu cho hệ hấp phụ than hoạt tính - TNR là 25
0
C.
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
48
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
3.2.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng than
• Đối với DNT
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của khối lượng than đến dung lượng hấp phụ của các
loại than hoạt tính đối với DNT
Loại
than
Khối lượng
than (m)
(mg)
Nồng độ DNT
ban đầu (C
0
DNT
)
(mg/l)
Nồng độ DNT còn
lại trong pha lỏng
(C
t
DNT
) (mg/l)
Dung lượng
hấp phụ (a)
(mg/g)
TQ
10 97,25 60,76 364,90
20 97,25 31,32 329,65
30 97,25 11,11 287,13
40 97,25 2,97 235,70
50 97,25 1,04 192,42
TM
20 97,25 36,87 301,90
30 97,25 20,03 257,40
40 97,25 9,02 220,58
50 97,25 5,60 183,30
60 97,25 2,70 157,58
70 97,25 1,46 136,84
AG
30 97,25 48,03 164,07
40 97,25 36,66 151,48
50 97,25 28,02 138,46
60 97,25 22,08 125,28
70 97,25 18,30 112,79
80 97,25 13,52 104,66
Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 3.4. ta thấy, khối lượng than ảnh hưởng đến
khả năng hấp phụ DNT. Khối lượng than càng nhỏ, dung lượng hấp phụ càng lớn.
Quy luật này thể hiện trên cả ba loại than TQ, TM và AG.
Thiết lập phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của DNT dựa trên kết quả bảng 3.4.
Để đánh giá khả năng hấp phụ của một hệ hấp phụ, đặc biệt là hấp phụ trong
môi trường nước, người ta thường áp dụng phương trình đẳng nhiệt Freundlich (với
giả thiết nhiệt hấp phụ vi phân không thay đổi khi độ che phủ (dung lượng hấp phụ)
thay đổi và khoảng nồng độ chất bị hấp phụ nhỏ) hoặc Langmuir (với giả thiết bề mặt
chất hấp phụ đồng nhất về năng lượng [30]), do các phương trình này có ý nghĩa vật
lý cao và liên quan trực tiếp đến các thông số cấu trúc xốp của chất hấp phụ.
Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich có dạng:
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
49
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
1
.
DNT
n
F
a K C=
(3.1)
Trong đó: a
DNT
: Dung lượng hấp phụ (mg/g)
K
F
: hằng số hấp phụ Freundlich,
1/n: là trị số đặc trưng cho tương tác hấp phụ của hệ
Logarit hai vế của phương trình (3.1) ta được phương trình (3.2):
lg a = lgK
F
+ 1/n lgC (3.2)
Như vậy, theo phương trình (3.2) thì quan hệ giữa lga và lgC là tuyến tính. Từ
kết quả thí nghiệm dẫn trong bảng 3.4, theo phương pháp đồ thị đã xác định được các
giá trị của K
F
và n của các hệ than hoạt tính - DNT (hình 3.16 và bảng 3.5).

TQ - DNT
y = 0,15x + 2,29
R
2
= 0,9956
2.25
2.30
2.35
2.40
2.45
2.50
2.55
2.60
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
lga
lgC

TM - DNT
y = 0,25x + 2,09
R
2
= 0,9947
2.10
2.20
2.30
2.40
2.50
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
lga
lgC

AG - DNT
y = 0,37x + 1,60
R
2
= 0,99
2.00
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00
lga
lgC
Hình 3.16. Đồ thị xác định các giá trị của K
F
và n đối với các hệ than hoạt tính
TQ - DNT (a), TM - DNT (b) và AG - DNT (c)
Bảng 3.5. Các thông số đặc trưng cho các hệ than hoạt tính - DNT
Loại than K
F
n
TQ 194,98 6,67
TM 123,03 4,00
AG 39,81 2,70
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
50
a) b)
c)
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Áp các giá trị K
F
và n tìm được vào phương trình (3.1), ta thu được các
phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính đối với DNT:
- Hệ than hoạt tính TQ - DNT:
1
6,67
194,98.
DNT
a C
=
(3.3)
- Hệ than hoạt tính TM - DNT:
1
4,00
123,03.
DNT
a C=
(3.4)
- Hệ than hoạt tính AG - DNT:
1
2,70
39,81.
DNT
a C
=
(3.5)
Đồ thị biểu diễn các đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính đối
với DNT có dạng:

TQ - DNT
0
100
200
300
400
0 20 40 60 80
Nồng độ DNT còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)

TM - DNT
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40
Nồng độ DNT còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)
AG - DNT
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40 50 60
Nồng độ DNT còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính đối với DNT
TQ - DNT (a); TM - DNT (b) và AG - DNT (c)
Từ các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (3.3), (3.4) và (3.5) có thể nhận thấy:
- Giá trị K
F
của hệ than hoạt tính TQ - DNT và TM - DNT khá cao (khoảng
123 - 195) và giảm dần theo thứ tự TQ (194,98) > TM (123,03) > AG (39,81). Giá trị
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
51
a) b)
c)
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
K
F
lớn đồng nghĩa với hệ có khả năng hấp phụ cao [30]. Như vậy, khả năng hấp phụ
của than TQ là rất lớn, than TM ở mức trung bình và than AG ở mức thấp.
- Giá trị n của các hệ than giảm dần theo thứ tự TQ> TM > AG, điều này thể
hiện sự suy giảm dung lượng hấp phụ theo độ che phủ than AG > TM > TQ.
- Để hấp phụ DNT trong môi trường nước thì sử dụng than hoạt tính TQ hoặc
TM là tối ưu.
• Đối với DNP
Cũng như trong trường hợp DNT, để tiến hành thí nghiệm để xác định ảnh
hưởng của khối lượng than đến dung lượng hấp phụ DNP. Kết quả được trình bày ở
bảng 3.6.
Bảng 3.6. Kết quả xác định dung lượng hấp phụ của các loại than hoạt
tính đối với DNP
Loại
than
Khối lượng
than (m)
(mg)
Nồng độ DNP
ban đầu (C
0
DNP
)
(mg/l)
Nồng độ DNP còn
lại trong pha lỏng
(C
t
DNP
) (mg/l)
Dung lượng
hấp phụ (a)
(mg/g)
TQ
10 104,76 68,46 363,00
30 104,76 29,48 250,93
50 104,76 13,22 183,08
70 104,76 5,65 141,59
90 104,76 3,56 112,44
110 104,76 2,20 93,24
TM
50 104,76 53,01 103,50
80 104,76 30,44 92,90
110 104,76 17,68 79,16
140 104,76 8,42 68,81
170 104,76 4,77 58,82
200 104,76 2,42 51,17
AG
50 104,76 54,29 100,94
100 104,76 32,53 72,23
150 104,76 19,91 56,57
200 104,76 12,72 46,02
250 104,76 9,81 37,98
300 104,76 6,26 32,83
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
52
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
Khối lượng than cũng ảnh hưởng đến dung lượng hấp phụ của 3 loại than TQ,
TM và AG đối với DNP. Khối lượng than càng nhỏ dung lượng hấp phụ DNP càng
lớn.
Từ kết quả thí nghiệm dẫn trong bảng 3.6, theo phương pháp đồ thị đã xác
định được các giá trị của K
F
và n của các hệ than hoạt tính - DNP (hình 3.18 và bảng
3.7).

TQ - DNP
y = 0,39x + 1,84
R
2
= 0,9971
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
lgC
lga

TM - DNP
y = 0,23x + 1,62
R
2
= 0,9973
1,50
2,00
2,50
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
lga
lgC
AG - DNP
y = 0,52x + 1,08
R
2
= 0,9924
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
0,50 0,70 0,90 1,10 1,30 1,50 1,70 1,90
lga
lgC
Hình 3.18. Đồ thị xác định các giá trị của K
F
và n đối với các hệ than hoạt tính
TQ - DNP (a); TM - DNP (b) và AG - DNP (c)
Bảng 3.7. Các thông số đặc trưng cho các hệ than hoạt tính - DNP
Loại than K
F
n
TQ 69,18 2,56
TM 41,69 4,35
AG 12,02 1,92
Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính trong trường hợp
DNP:
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
53
a) b)
c)
“Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa một số hợp chất nitro vòng thơm bằng phương pháp
hấp phụ trên than hoạt tính kết hợp với sử dụng thực vật thủy sinh”
- Hệ than hoạt tính TQ - DNP:
1
2,56
69,18.
DNP
a C
=
(3.6)
- Hệ than hoạt tính TM - DNP:
1
4,35
41,69.
DNP
a C
=
(3.7)
- Hệ than hoạt tính AG - DNP:
1
1,92
12,02.
DNP
a C
=
(3.8)
Đồ thị biểu diễn các đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính đối
với DNP cũng có dạng tương tự như DNT.

TQ - DNP
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 20 40 60 80
Nồng độ DNP còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)

TM - DNP
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60
Nồng độ DNP còn lại trong pha lỏng (mg/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)
AG - DNP
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60
Nồng độ DNP còn lại trong pha lỏng (m g/l)
Dung lư

ng h

p ph


(mg/g)
Hình 3.19. Đường đẳng nhiệt hấp phụ của các loại than hoạt tính đối với DNP
TQ - DNP (a); TM - DNP (b) và AG - DNP (c)
Từ các phương trình đẳng nhiệt hấp phụ (3.6), (3.7) và (3.8) có thể nhận thấy:
- Giá trị K
F
của hệ than hoạt tính TQ - DNP và TM - DNP và AG - DNP khá
thấp (khoảng 12 - 69) và giảm dần theo thứ tự TQ (69,18) > TM (14,69) > AG
(12,02). Hai loại than TM và AG có giá trị K
F
xấp xỉ nhau và ở mức thấp. Khả năng
hấp phụ của cả ba loại than TQ, TM và AG đối với DNP thấp hơn nhiều so với DNT
mặc dù về cấu trúc và khối lượng phân tử của hai hợp chất này có nhiều điểm tương
Luận văn Thạc sỹ khoa học Môi trường Khoa Môi trường- ĐHKHTN -ĐHQGHN
54
a)
b)
c)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×