TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 422
CHẾ TẠO VẬT LIỆU BÃ MÍA BIẾN TÍNH BẰNG AXIT ASCOBIC ĐỂ LOẠI BỎ
Cr(VI) TRONG NƯỚC
INVESTIGATION OF HEXAVALENT CHROMIUM REMOVAL IN AQUEOUS
SOLUTION BY SUGARCANE BAGASSE MODIFIED BY ASCORBIC ACID
Vũ Quang Nam1, Dương Thị Ánh1, Trần Tuấn Anh1,
Lê Tuấn Mạnh1, Tạ Thị Hường2,*
1Lớp HHMOIT 01 – K16, Khoa Công nghệ Hóa, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
2 Viện Công nghệ HaUI, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
*Email: huongtt1@haui.edu.vn
TÓM TẮT
Nghiên cứu tập trung tạo vật liệu hấp phụ từ bã mía biến tính bằng axit ascorbic để loại bỏ Cr(VI) trong dung dịch. Bên
cạnh đó, khảo sát các yếu tố cơ bản như pH, khối lượng vật liệu hấp phụ, thời gian ảnh hưởng tới hiệu suất loại bỏ Cr(VI)
trong dung dịch. Một số kết quả đáng chú ý thu được: pH càng thấp hiệu quả loại bỏ Cr(VI) càng cao và ngược lại; khoảng
15 giờ là khoảng thời gian hệ đạt trạng thái cân bằng. Nghiên cứu đẳng nhiệt và động học cho thấy mô hình Langmuir và
Freudlich đều phù hợp với kết quả nghiên cứu. Khả năng loại bỏ Cr(VI) tối ưu đạt 160 mg/g theo mô hình Langmuir. Động
học biểu kiến bậc 2 phù hợp với kết quả nghiên cứu. Nhìn chung, khả năng loại bỏ Cr(VI) của vật liệu có thể giải thích
theo hai cơ chế chính là cơ chế bắt giữ các ion Cr(VI) trong các lỗ trống của vật liệu hấp phụ và cơ chế lực hút tĩnh điện
trong dung dịch. Nhìn chung, vật liệu bã mía biến tính bằng axit ascorbic đã đem lại hiệu quả loại bỏ Cr(VI). Đây là nghiên
cứu tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu loại bỏ Cr(VI) trong nước thải thực tế.
Từ khóa: Cr(VI), bã mía biến tính, ascorbic, hấp phụ, hiệu quả.
ABSTRACT
The goal of the research is to remove Cr(VI) from solution by producing adsorbent materials from sugarcane bagasse
that has been treated with ascorbic acid. Furthermore, the effects of time, adsorbent material volume, pH, and other
fundamental parameters on the effectiveness of Cr(VI) removal in solution were examined. Notable findings included the
following: the system takes around 15 hours to achieve equilibrium; the lower the pH, the higher the Cr(VI) removal
efficiency and vice versa. The Langmuir and Freudlich models are congruent with the research findings, according to
isothermal and kinetic tests. The Langmuir model indicates that 160 mg/g is the ideal Cr(VI) elimination capability. The
apparent second-order kinetics agrees with the findings of the study. The two primary processes that account for the
material's capacity to remove Cr(VI) are the mechanism of electrostatic attraction in solution and the mechanism of
trapping Cr(VI) ions in the adsorbent material's pores. Ascorbic acid-modified sugarcane bagasse materials were generally
successful in eliminating Cr(VI). This work serves as a basis for more in-depth investigations into the removal of Cr(VI)
in actual wastewater.
Keywords: Hexavalent chromium, modified sugarcane bagasse, ascorbic acid, efficient emoval.
1. GIỚI THIỆU
Crom là một trong những kim loại được phát triển và
ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp bởi đặc tính
cứng, bóng, màu xám đối với kim loại và đa màu sắc đối
với các hợp chất của chúng, nhiệt độ nóng chảy khoảng
1875°C. Chính vì vậy, trong nhiều thập kỷ qua, con người
đã tìm ra rất nhiều ứng dụng của các hợp chất chứa crom
trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Chính bởi độ cứng và độ bóng
của kim loại này mà nó được ứng dụng trong sản xuất thép
và các hợp kim của nó để sản xuất các vật liệu không gỉ và
mạ crom. Bên cạnh đó, các hợp chất của crom đa phần có
mang màu sắc rực rỡ và đặc trưng vì vậy crom được ứng
dụng nhiều trong ngành dệt nhuộm và sản xuất sơn. Nhiệt
độ nóng chảy của crom tương đối cao nên nó cũng được
ứng dụng trong các ngành sản xuất vật liệu chịu lửa như
gạch, ngói chịu lửa [1-3]. Ngoài ra, các loại dây dẫn điện có
khả năng chịu nhiệt cao cũng được sản xuất với các hợp
chất của crom như chromi boride (CrB). Bên cạnh các
ngành sản xuất công nghiệp trên, các dạng muối clorua của
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 423crom như chlorua chromi (III) hay picolinat chromi (III)
(CrCl3) được sử dụng để sản xuất các sản phẩm hỗ trợ ăn
kiêng và trong y học; hexacarbonyl chromi (Cr(CO)6) là
phụ gia cho xăng.… Riêng đối với ion kim loại Cr hóa trị 3
là ion có ích khi hàm lượng nhỏ rất có ích cho quá trình trao
đổi chất của đường trong cơ thể sinh vật và con người [4-
5]. Có thể nói càng ngày crom càng có nhiều các hợp chất
được phát triển để phục vụ cho các ngành sản xuất và đời
sống. Tuy nhiên, đây cũng là lý do chính dẫn đến ô nhiễm
crom trong môi trường và hệ sinh thái.
Tuy nhiên, tầm ảnh hưởng của Crom rộng rãi do đa ứng
dụng của chúng. Cục bảo vệ môi trường của Mỹ (United
States Environmental Protection Agency – US EPA) đã đưa
Crom vào một trong số 129 chất gây ô nhiễm môi trường
nghiêm trọng. Cơ quan này đã giới hạn mức tối đa cho phép
Cr(VI) dưới 0,1 mg/L. Ngoài ra, tổ chức y tế thế giới (World
Health Organization -WHO) khuyến cáo mức độ cho phép
của Cr(VI) trong môi trường nước nên dưới mức 0,05 ppm.
Đối với quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước
mặt QCVN 08-MT:2015/BTNM cho từng mục đích sử
dụng đối với Cr(VI) như sau: sử dụng nước cho mục đích
cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường),
hàm lượng Cr(VI) ≤ 0,01 mg/L. Sử dụng nước mặt cho mục
đích tưới tiêu, thủy lợi, giao thông và các mục đích khác thì
hàm lượng Cr(VI) ≤ 0,04 ppm [1-5].
Các tiêu chuẩn trên đều dựa trên các nghiên cứu về mức
độ ảnh hưởng của Cr(VI) tới môi trường và hệ sinh thái
cũng như sức khỏe con người. Nhiều trường hợp ngộ độc
và các hậu quả lớn của ô nhiễm Cr(VI) đã và đang được ghi
nhận trên thế giới. Trong đó nổi bật là trường hợp hơn 558,
000 công nhân nước Mỹ tiếp xúc trực tiếp và gián tiếp trong
thời gian dài với hợp chất chứa Cr(VI) trong không khí tại
nơi làm việc. Bên cạnh đó, khoảng 1.045.500 công nhân Mỹ
tiếp xúc trực tiếp với Cr(VI) trong môi trường sản xuất xi
măng và các vật liệu xây dựng [2-4].
Sự hấp phụ của crom vào cơ thể người tùy thuộc vào
trạng thái oxi hóa của nó. Crom xâm nhập vào cơ thể theo
ba con đường: hô hấp, tiêu hóa và qua tiếp xúc trực tiếp.
Qua nghiên cứu, người ta thấy Crom có vai trò sinh học như
chuyển hóa glucozơ, tuy nhiên ở hàm lượng cao Crom làm
kết tủa protein, các axit nucleic gây ức chế hệ thống men cơ
bản. Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất kì con đường nào
crom cũng được hòa tan vào trong máu ở nồng độ
0,001ppm. Sau đó chúng được chuyển vào hồng cầu máu
và hòa tan trong hồng cầu nhanh 10 -20 lần, từ hồng cầu
Crom chuyển vào các tổ chức nội tạng, được giữ lại ở phổi,
xương, thận, gan, phần còn lại được chuyển qua nước tiểu
[3]. Crom chủ yếu gây ra các bệnh ngoài da, ở tất cả các
ngành nghề mà tiếp xúc như hít thở phải Crom hoặc các hợp
chất của Crom. Crom kích thích niêm mạc sinh ngứa mũi,
hắt hơi, chảy nước mũi, nước mắt. Niêm mạc mũi bị sưng
đỏ và có tia máu, về sau có thể thủng vành mũi [4]. Crom
có thể gây mụn cơm, viêm gan, viêm thận, ung thư phổi,
đau răng, tiêu hóa kém. Khi crom xâm nhập vào cơ thể theo
đường hô hấp dễ dẫn tới bệnh viêm yết hầu, viêm phế quản,
viêm thanh quản do niêm mạc bị kích thích. Khi da tiếp xúc
trực tiếp vào dung dịch Cr(VI), chỗ tiếp xúc dễ bị nổi phồng
và loét sâu, có thể bị loét đến xương [5]. Từ những bằng
chứng trên cho thấy ô nhiễm Cr(VI) trong môi trường gây
hậu quả vô cùng nghiêm trọng cho sức khỏe con người và
hệ sinh thái. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và thực hiện các
phương pháp xử lý nguồn ô nhiễm này cần được chú trọng.
Để đối phó với vấn đề ô nhiễm môi trường do kim loại
nặng gây ra, hiện nay có rất nhiều phương pháp và kỹ thuật
hiện đại xử lý ô nhiễm kim loại nặng như phương pháp kết
tủa, phương pháp sinh học, phương pháp màng lọc, phương
pháp điện phân dung dịch, phương pháp hấp phụ. Trong số
đó, phương pháp hấp phụ được xem như một phương pháp
tiềm năng với chi phí thấp, vật liệu sử dụng làm vật liệu hấp
phụ phổ biến và rất rẻ tiền, hiệu quả hấp phụ ở mức tương
đối [2-6]. Ngoài ra, phương pháp này còn có khả năng loại
bỏ nhiều chất ô nhiễm đồng thời. Một trong những vật liệu
hấp phụ từ phế phẩm nông nghiệp có thể dễ dàng tìm thấy ở
nhiều quốc gia trên thế giới là bã mía. Vì diện tích và sản
lượng trông cây mía là tương đối lớn. Dựa trên thống kê của
Food and Agricultural Organization of the United Nations
năm 2023, Brazil có sản lượng hơn 715 triệu tấn; Ấn Độ với
hơn 405 triệu tấn; Trung Quốc 107 triệu tấn; Thái Lan 66
triệu tấn; Việt Nam 10,7 triệu tấn…. Từ sản lượng lớn kéo
theo lượng bã mía thải ra cũng tương đối lớn. Mặc dù bã mía
đã được nghiên cứu ứng dụng làm nghiên liệu đầu vào cho
nhiều ngành nhưng bên cạnh đó bã mía cũng được tìm hiểu
để trở thành vật liệu hấp phụ mang lại thêm giá trị kinh tế và
giá trị học thuật cho nguyên liệu này. Chính vì vậy, nghiên
cứu này hướng tới việc tận dụng sản phẩm nông nghiệp như
bã mía để loại bỏ ion Cr(VI) trong nước giả định từ đó làm
tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu trong tương lai.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Hóa chất và vật liệu
Kali cromat được sử dụng để pha dung dịch gốc Cr(VI).
Hòa tan 2,829 gram kali cromat (K2Cr2O7) trong bình định
mức 1000 mL bằng nước cất và thêm đến vạch. Dung dịch
được pha loãng để đạt được các nồng độ mong muốn trong
các thí nghiệm tiếp theo.
Dung dịch diphenylcarbazide: Hòa tan 250 mg 1,5-
diphenylcarbazide trong 50 mL axeton (C3H6O). Lưu trữ
dung dịch này trong một bình thủy tinh tối màu và bảo quản
lạnh. Dung dịch này được sử dụng chỉ trong hai tuần lễ. Khi
dung dịch đổi màu nó không được sử dụng nữa.
Ngoài ra, NaOH và HCl cũng được sử dụng cho quá
trình biến tính vật liệu hấp phụ và điều chỉnh pH.
2.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ
Bã mía được thu thấp tại các quán nước mía tại huyện
Hoài Đức, Hà Nội. Ban đầu, bã mía được tách riêng biệt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 424phần vỏ cứng bên ngoài và phần lõi xốp bên trong. Lấy phần
lõi xốp bên trong rửa sạch nhiều lần với nước nóng 90°C để
loại bỏ tạp chất và phần lớn lượng đường còn sót lại trong
bã mía. Sau đó bã mía được đem sấy khô trong vài ngày
dưới nhiệt độ 60°C. Tiếp theo, bã mía sấy khô được ngâm
với dung dịch NaOH 1M trong 1 ngày, sau đó được rửa sạch
với nước cất nhiều lần cho tới khi pH đạt được mức trung
tính. Mục đích của bước này là loại bỏ hoàn toàn tạp chất
và lượng đường còn lại trong bã mía. Sau đó ba mía tiếp tục
được sấy đến khi loại bỏ hoàn toàn lượng nước bên trong.
Bước tiếp theo bã mía này được ngâm với dung dịch axit
ascorbic 1M trong bể siêu âm khoảng 8 giờ dưới tác dụng
của nhiệt độ 500C. Sau đó bã mía được rửa sạch lại với
nước cất cho tới khi pH trung tính và lại được sấy khô hoàn
toàn trong tủ sấy. Cuối cùng bã mía khô được bảo quản
trong túi zip để phục vụ cho các thí nghiệm.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
- Xác định khả năng loại bỏ Cr(VI) của vật liệu hấp
phụ
Các nghiên cứu khả năng hấp phụ Cr(VI) bằng bã mía
biến tính với axit ascorbic được thực hiện trong lọ tối màu
chứa 40mL Cr(VI) nồng độ 100 mg/L với khối lượng vật
liệu hấp phụ khác nhau dưới tốc độ khuấy 120 vòng/phút.
Sự thay đổi các yếu tố ảnh hưởng chính tới quá trình hấp
phụ Cr(VI) như pH, nồng độ chất ô nhiễm, khối lượng vật
liệu hấp phụ; thời gian tiếp xúc được tiến hành khảo sát. Sau
mỗi thí nghiệm, hàm lượng Cr(VI) còn lại trong dung dịch
được xác định bằng phương pháp đo phổ dùng 1,5-
diphenylcarbazide phân tích bằng máy UV-vis DR2800
bước sóng 540nm. Hiệu suất xử lý Cr(VI) được tính toán
bằng công thức (1):
Cr(VI) xử lý (%) =
× 100 (1)
=
× (2)
Trong đó, C0 là nồng độ Cr(VI) ban đầu (ppm); Ct nồng
độ Cr(VI) đã được xử lý. Đối với trạng thái cân bằng thì
nồng độ Cr(VI) được xử lý đạt tối đa với ký hiệu Ce (ppm).
Ngoài ra, qt (mg/g) là lượng ion kim loại bị hấp phụ trên
một đơn vị khối lượng của vật liệu hấp phụ M đơn vị gram.
V là thể tích (lít). Tương tự, qe (mg/g) là lượng ion kim loại
bị hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu hấp phụ tại
thời điểm cân bằng.
- Phân tích phổ EDX ( Energy – Dispersive X-ray
Spectroscopy)
Phân tích EDX được phát triển từ những năm 1960 và
thiết bị phổ được triển khai vào đầu những năm 1970 sử
dụng detector dịch chuyển Si, Li hoặc Ge. Chủ yếu sử dụng
kính hiển vi điện tử với chùm điện tử năng lượng cao và
được thu hẹp nhờ hệ các thấu kính điện tử. Đây là kỹ thuật
phân tích giúp xác định thành phần mẫu dựa trên việc ghi
nhận phổ tia X phát ra từ mẫu vật do tương tác với các bức
xạ (chùm điện tử có năng lượng cao trong các kính hiển vi
điện tử). Đây là kỹ thuật phân tích EDX.
Nguyên lý cơ bản của EDX: khi chùm tia điện tử có mức
năng lượng cao được chiếu vào vật rắn, nó sẽ đâm xuyên
sâu vào bên trong mẫu vật và tương tác với các lớp điện tử
bên trong của nguyên tử. Tương tác này sẽ tạo ra các tia X
có bước sóng đặc trưng với tỉ lệ nguyên tử Z của nguyên tử
tuân theo định luật Mosley. Nói chung, trong phân tích này
sẽ phân tích được các nguyên tử có trong mẫu phân tích dựa
vào tần số đặc trưng tia X phát ra. Tuy nhiên, EDX không
hiệu quả với các nguyên tố nhẹ và phân tích này có thể xác
định được các nguyên tố chính xác ở cấp độ vài phần trăm
nên mới có các trường hợp chồng chập các đỉnh tia X.
Chính vì ưu điểm lớn này của phân tích EDX nên nhóm
nghiên cứu lựa chọn phân tích này để xác định khả năng
hấp phụ của vật liệu bã mía biến tính có thật sự xảy ra hay
không.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả phân tích EDX
Nguyên tố Khối lượng % Nguyên tử %
C K 2,83 5,97
O K 38,86 61,60
K K 24,74 16,05
Cr K 33,58 16,38
Tổng 100,00
Hình 1. Kết quả phân tích SEM-EDX đối với bã mía biến tính sử
dụng để hấp phụ Cr(VI)
Thông qua phân tích phổ EDX cho thấy ngoài các thành
phần phổ biến có trong bã mía như C; K; O thì một đỉnh
biểu thị sự hiện diện của nguyên tố Cr. Điều này chứng tỏ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 425rằng, nghiên cứu xử lý Cr(VI) bằng bã mía biến tính đã đem
lại hiệu quả. Phần trăm nguyên tử của các nguyên tố cũng
được ghi nhận thông qua phân tích này (Hình 1). Phần trăm
khối lượng và nguyên tử của các nguyên tố này chỉ là con
số ghi nhận được tại điểm khảo sát. Đối với các điểm khác
nhau những con số này cũng sẽ khác nhau vì bề mặt vật liệu
hấp phụ là không đồng nhất. Ngoài ra, ảnh hưởng của các
yếu tố như pH, nồng độ Cr(VI), khối lượng vật liệu hấp phụ,
thời gian, nhiệt độ… đều có thể ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu
suất hấp phụ.
3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch tới khả năng loại bỏ
Cr(VI)
Đối với ảnh hưởng của pH dung dịch tới hiệu suất hấp
phụ được tiến hành thực hiện dưới sự thay đổi pH từ 2 đến
10; thời gian 6 giờ với nồng độ Cr(VI) ban đầu là 100 ppm,
khối lượng vật liệu hấp phụ 1 g/L, nhiệt độ phòng thí
nghiệm, tốc độ khuấy 120 vòng/phút. Kết quả thu được như
dưới hình 11. Xu hướng nhận thấy rõ đối với pH càng thấp
thì hiệu suất hấp phụ Cr(VI) càng cao và ngược lại pH cao
không tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ. Chính
vì vậy, pH bằng 2 được xem là pH tối ưu cho các khảo sát
tiếp theo (hình 2).
Các kết quả trên có thể giải thích dựa trên hiện tượng
lực tĩnh điện giữa ion H+ và các dạng hợp chất của Cr(VI)
trong dung dịch ở các trạng thái pH khác nhau trong dung
dịch. Khi pH từ 2 – 6, H+ và ion HCrO4- nên Cr(VI) được
loại bỏ nhiều nhất trong vùng pH này và khi pH càng thấp
thì khả năng loại bỏ càng cao. Đối với pH từ 6-10, OH- và
CrO4 2- chiếm ưu thế trong dung dịch chính vì vậy hiện
tượng lực tĩnh điện xảy ra gần như không có nên đối với pH
từ 6-10 khả năng loại bỏ Cr(VI) rất kém. Nếu có loại bỏ thì
chủ yếu do bản chất vật liệu hấp phụ có các lỗ trống trên bề
mặt nên một phần nào đó ion Cr(VI) đã bị giữ lại trong các
lỗ trống này.
Hình 2. Ảnh hưởng của pH tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
- Ảnh hưởng của thời gian và khối lượng vật liệu hấp
phụ tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
Đối với hai yếu tố thời gian và khối lượng của vật liệu
hấp phụ trong quá trình xử lý Cr(VI) được tiến hành dưới
điều kiện pH tối ưu bằng 2; thời gian từ 0,5-48 giờ; nồng độ
Cr(VI) ban đầu 100 ppm; hàm lượng vật liệu bã mía biến
tính khảo sát 0,5; 1; 1,5; và 2 g/L; tại nhiệt độ phòng thí
nghiệm; tốc độ quay 120 vòng/phút. Kết quả khảo sát của
hai yếu tố này được trình bày dưới hình 3.
Hình 3. Ảnh hưởng của thời gian và khối lượng vật liệu hấp phụ
tới hiệu suất hấp phụ Cr(VI)
Một số kết quả đáng lưu ý như sau:
- Khi thời gian thí nghiệm tăng thì hiệu suất hấp phụ
Cr(VI) cũng tăng theo. Tới khoảng thời gian lờn hơn 15 giờ
hiệu suất hấp phụ dao động không đáng kể ở tất cả các thí
nghiệm đối với sự thay đổi khối lượng vật liệu bã mía biến
tính. Vì vậy, thời gian thí nghiệm 15 giờ được xem là thời
gian đạt trạng thái cân bằng của quá trình hấp phụ Cr(VI)
bằng vật liệu bã mía biến tính với axit ascorbic.
- Đối với hàm lượng vật liệu hấp phụ thấp cho thấy khả
năng hấp phụ Cr(VI) trong dung dịch cao hơn hẳn so với
khối lượng vật liệu hấp phụ có hàm lượng lớn hơn trong
dung dịch. Điều này đã được một số nghiên cứu lý giải bởi
sự tương tác của các ion kim loại xảy ra nhiều hơn và liên
tục hơn khi khối lượng vật liệu hấp phụ thấp. Khi khối
lượng vật liệu hấp phụ trong thí nghiệm càng lớn thì diện
tích và sự tương tác này càng giảm đi do đó hiệu suất hấp
phụ cũng giảm. Hấp phụ Cr(VI) cao nhất trong thí nghiệm
này lên tới 156 mg/g đối với 0,5 g/L bã mía biến tính có
trong dung dịch.
- Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ
Đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir: Đường đẳng nhiệt
Langmuir giả định rằng sự hấp phụ xảy ra trên các bề mặt
đồng nhất và sự hấp phụ đơn lớp. Đồ thị giữa Ce và Ce/qe
thể hiện dạng tuyến tính hóa của mô hình, được biểu thị
bằng phương trình [5, 6]:
=
+
C (3)
qmax: is the optimal adsorption capacity (mg/g); KL is the
Langmuir constant (L/mg)
Mô hình đẳng nhiệt Freudlich là một phương trình thực
nghiệm dựa trên sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất
của vật liệu. Mô hình này được thể hiện qua phương trình 4
[6-7].
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI HANOI UNIVERSITY OF INDUSTRY Tập san SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Số 14 ● 2024 426logq= logK+
logC (4)
Kf: là khả năng hấp phụ; n là cường độ hấp phụ
Dung lượng hấp phụ cân bằng của bã mía biến tính ở
mỗi nồng độ khác nhau được biểu diễn dưới bảng 1.
Bảng 1. Đẳng nhiệt hấp phụ của bã mía biến tính bằng axit
ascorbic
Nồng độ vật liệu hấp
phụ (g/L)
0,5
g/L 1 g/L 1,5
g/L 2 g/L
Nồng độ Cr(VI) tại
trạng thái cân bằng Ce
(ppm)
27,11 5,37 0,159
0,063
Dung lượng hấp phụ
tại trạng thái cân bằng
qe(mg/g)
145,76
94,62
66,56
49,96
Dựa vào số liệu trong bảng 1 nhóm nghiên cứu trình bày
phương trình tuyến tính dựa trên mô hình đẳng nhiệt
Langmuir và Freundlich như hình 4. Trong đó, mô hình
Langmuir được xây dựng dựa trên môi trương quan giữa Ce
và Ce/qe. Phương trình tuyến tính của mô hình Langmuir
xây dựng được có dạng y = 0,0067x + 0,0067 với R2 =
0,9882. Bên cạnh đó, mô hình Freundlich là sự biểu diễn
giữa LnCe và Lnqe, phương trình tuyến tính y = 0,1576x +
1,9087; R2 = 0,9567. Kết quả cho thấy cả hai mô hình đều
có hệ số tương quan R2 đều vượt 0,95. Do đó, cả hai mô
hình đều phù hợp với mô tả quá trình hấp phụ Cr(VI) của
bã mía biến tính. Từ kết quả trên cho thấy cơ chế hấp phụ
Cr(VI) theo hai hiện tượng đơn lớp và đa lớp trên bề mặt
vật liệu bã mía biến tính. Điều này cũng lý giải vì sao trong
phân tích SEM-EDX có sự hiện diện của nguyên tố Cr.
Hình 4. Phương trình tuyến tính theo mô hình đẳng nhiệt
Langmuir và Freundlich
- Nghiên cứu động học
Để xác định cơ chế động học hấp phụ của Cr(VI), số liệu
thực nghiệm được phân tích bằng mô hình giả động học bậc
một và bậc hai Lagergren được biểu diễn như sau [4-7]:
Đối với động học biểu kiến bậc 1:
Log (q− q) = Logq−
. (5)
Đối với động học biểu kiến bậc 2:
=
+
(6)
K1 (giờ-1) và K2 (g/mg.h) là hằng số tốc độ cho bậc giả
thứ nhất và thứ hai; qt và qe lần lượt là dung lượng hấp phụ
tại thời điểm t và thời điểm cân bằng (mg/g).
Kết quả của nghiên cứu động học trong nghiên cứu này
được biểu diễn dưới hình 5.
Hình 5. Mô hình động học Pseudo 1 và 2
Các tham số tính được đối với mô hình động học 1 và 2
được thể hiện ở bảng 2.
Bảng 2. Các tham số động học Pseudo 1 và 2
Pseudo 1 Pseudo 2
K1 Qe R2 K2 Qe R2
0,075 19,66 0,8299 0,0046 161,3 0,9987
Từ các kết quả trên cho thấy mô hình động học Pseudo
2 phù hợp với kết quả thực nghiệm hơn so với mô hình
Pseudo 1 vì hệ số R2 gần tới mức hoàn hảo bằng 1.
5. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã thành công chế tạo vật liệu biến tính từ
bã mía bằng axit ascorbic đây là hai nguyên liệu phổ biến
