Nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ trong nước bằng hạt hấp phụ hydroxyapatit

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ Cu2+ TRONG NƯỚC<br /> BẰNG HẠT HẤP PHỤ HYDROXYAPATIT<br /> Lê Thị Duyên1,*, Lê Thị Phương Thảo1, Đỗ Thị Hải1, Võ Thị Hạnh1,<br /> Công Tiến Dũng1, Phạm Thị Năm2, Nguyễn Thị Thơm2, Cao Thị Hồng2,<br /> Nguyễn Thu Phương2, Lê Thị Sáu3, Cao Thùy Linh4, Đinh Thị Mai Thanh5,6<br /> Tóm tắt: Hạt hấp phụ hydroxyapatit (hạt HAp) được chế tạo từ bột<br /> hydroxyapatit tổng hợp và phụ gia polyvinyl ancol bằng phương pháp thiêu kết, có<br /> kích thước trung bình (2x10) mm sử dụng để xử lý ion Cu2+ trong nước. Ảnh hưởng<br /> của một số yếu tố đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ Cu2+ đã được nghiên cứu.<br /> Hiệu suất và dung lượng hấp phụ Cu2+ đạt 83,70 % và 2,79 mg/g ở điều kiện: khối<br /> lượng hạt HAp 6 g/L, nồng độ ion Cu2+ ban đầu 20 mg/L, pH 5,3, thời gian tiếp xúc<br /> 50 phút ở 30 oC.<br /> Từ khóa: Hạt hydroxyapatit; Hấp phụ; Xử lý Cu2+.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường nước gây ra bởi các kim loại nặng, mà chủ yếu là<br /> do các chất thải công nghiệp đang là một vấn đề thời sự. Đã có nhiều nghiên cứu đưa ra<br /> các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước như: phương pháp kết tủa hóa học,<br /> phương pháp kết tủa điện hóa, phương pháp tách bằng màng, phương pháp trao đổi ion,<br /> phương pháp hấp phụ, phương pháp sinh học v.v.. [1]. Trong số các phương pháp này,<br /> phương pháp hấp phụ cho hiệu quả xử lý cao được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên<br /> cứu. Trong những năm gần đây, nhiều vật liệu đã được sử dụng để hấp phụ kim loại nặng<br /> trong nước. Tuy nhiên, việc tìm kiếm những vật liệu có khả năng hấp phụ hiệu quả, hạn<br /> chế chi phí và sau khi xử lý không gây độc hại cho con người là rất cần thiết.<br /> Cu là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể người nhưng nếu vượt quá hàm lượng<br /> cho phép thì sẽ gây ra một số bệnh như: thiểu năng tuyến thượng thận, suy thận và gan<br /> nghiêm trọng, viêm khớp, ung thư, tâm thần phân liệt, loãng xương.... Nó cũng là một chất<br /> độc đối với các loài sinh vật thủy sinh khi ở nồng độ rất nhỏ trong nước. Để loại bỏ Cu2+,<br /> có thể dùng các chất hấp phụ phổ biến như: cac bon hoạt tính, đất sét, zeolit, chitosan,<br /> apatit, các chất hấp phụ sinh học và các phế phẩm nông nghiệp [1,2] …. Trong số đó,<br /> hydroxyapatit (Ca10(PO4)6(OH)2 viết tắt là HAp) là chất hấp phụ được ứng dụng rộng rãi<br /> và là vật liệu đa năng. HAp tổng hợp có cấu trúc và đặc tính sinh học tương tự như HAp tự<br /> nhiên (là thành phần chính của xương, răng và mô cứng của người và động vật có vú) [3].<br /> HAp là hợp chất không gây độc, không gây dị ứng cho cơ thể người và có tính sát khuẩn<br /> cao Vì vậy, HAp tổng hợp được định hướng ứng dụng trong lĩnh vực cấy ghép xương<br /> [4,5]. Ngoài ứng dụng trong sinh-y học, dược học, HAp được định hướng ứng dụng trong<br /> lĩnh vực xử lý môi trường. HAp có thể loại bỏ một số chất và ion gây ô nhiễm trong môi<br /> trường nước như ion kim loại nặng: Cu2+, Pb2+, Zn2+, Cd2+, Co2+, Ni2+, ... [6-10] và một số<br /> chất độc hại khác: NO3-, PO43-, F-, phenol, nitrobenzen, công gô đỏ [11-15]. Tùy thuộc vào<br /> mục đích ứng dụng, HAp được tổng hợp ở các dạng khác nhau: dạng bột, màng, compozit<br /> và dạng gốm bằng các phương pháp vật lý, hóa học và điện hóa. Tuy nhiên, chưa có công<br /> trình nào công bố chế tạo hạt HAp dùng phụ gia polyvinyl ancol bằng phương pháp thiêu<br /> kết và ứng dụng để xử lý Cu2+ trong nước.<br /> Trong bài báo này, chúng tôi nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ trong nước bằng hạt HAp<br /> chế tạo từ bột HAp tổng hợp và phụ gia polyvinyl ancol (PVA).<br /> 2. THỰC NGHIỆM<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 67<br />  Hóa học & Môi trường<br /> 2.1. Hoá chất<br /> - Ca(NO3)2.4H2O, (NH4)2HPO4, NH3 đặc 25 - 28%, Cu(NO3)2.3H2O, HNO3, NaOH,<br /> PVA: là các hoá chất tinh khiết của Merk.<br /> - Nước cất 1 lần, 2 lần được cất tại phòng thí nghiệm.<br /> 2.2. Tổng hợp bột HAp<br /> Bột HAp được tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hóa học đi từ Ca(NO3)2.4H2O và<br /> (NH4)2HPO4 trong nước theo phương trình (1) [16]. Dung dịch (NH4)2HPO4 0,3M được bổ<br /> sung vào dung dịch Ca(NO3)2 0,5M với tốc độ 1 ml/phút. Trong suốt quá trình phản ứng,<br /> pH được giữ ổn định ở 10-12 bằng dung dịch NH3 đặc, tốc độ khuấy 800 vòng/phút. Sau<br /> khi thêm hết (NH4)2HPO4, tiếp tục khuấy trong 2 giờ, lưu mẫu (già hóa) trong 2 giờ, mẫu<br /> được rửa li tâm với tốc độ 4000 vòng/phút cho đến khi pH trung tính. Sau đó mẫu được<br /> sấy ở 800C trong 24 giờ và nghiền trong cối mã não thu được bột HAp màu trắng.<br /> 10Ca(NO3)2 + 6(NH4)2HPO4 + 8NH3 + 2H2O → Ca10(PO4)6(OH)2 + 20NH4NO3 (1)<br /> 2.3. Chế tạo hạt HAp<br /> Hạt xốp HAp được chế tạo từ bột HAp tổng hợp với phụ gia PVA bằng phương pháp<br /> thiêu kết có kích thước trung bình (2 x 10) mm. Hạt HAp được nghiên cứu các đặc trưng<br /> hóa lý bằng các phương pháp: phân tích nhiệt trọng lượng (TGA), nhiễu xạ tia X (XRD),<br /> phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX), kính hiển vi điện tử quét (SEM), xác định diện tích bề<br /> mặt riêng theo Brunauer, Emmett và Teller (BET) [17].<br /> 2.4. Xác định pHPZC của hạt HAp<br /> Giá trị pH tại đó bề mặt hạt HAp trung hòa điện tích (pHpzc) được xác định bằng<br /> phương pháp đo độ lệch pH. Trong phương pháp này 0,3 g hạt HAp được cho vào 50 ml<br /> dung dịch KNO3 0,01 M có pH ban đầu (pHo) khác nhau từ 2,5 – 9,5, được điều chỉnh<br /> bằng dung dịch HNO3 hoặc KOH. Hỗn hợp sau đó được lắc bằng máy lắc tốc độ 100<br /> vòng/phút trong 60 phút. Cuối cùng, lọc lấy dung dịch và xác định lại pH (pHs) của nước<br /> lọc, từ đó tính và vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của pH theo pHo (phương trình 2). Giá<br /> trị pHPZC là pHo tại đó pH = 0 [18].<br /> pH = pHo – pHs (2)<br /> 2.5. Hấp phụ Cu2+<br /> Để khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ như: thời gian tiếp xúc, pH,<br /> khối lượng chất hấp phụ, nồng độ dung dịch Cu2+ ban đầu, tiến hành thí nghiệm bằng cách<br /> cho một lượng hạt HAp có khối lượng thay đổi từ 0,1 - 1,5 gam vào bình chứa 50 ml dung<br /> dịch Cu2+ có nồng độ ban đầu thay đổi từ 5 - 60 mg/L, thời gian hấp phụ biến đổi từ 5 - 70<br /> phút, pH của dung dịch được khảo sát từ 2,5 - 6,2. Hỗn hợp sau đó được lắc bằng máy lắc<br /> với tốc độ lắc 100 vòng/phút. Sau khi hấp phụ, lọc tách chất rắn, lấy phần dung dịch để<br /> định lượng ion Cu2+ còn lại bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS).<br /> Dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ được xác định bằng phương trình (3) và (4) [7].<br /> Q = (C0 – C).V/m (3)<br /> H = (C0 – C).100/C0 (4)<br /> Trong đó:<br /> + Q (mg/g) và H (%) lần lượt là dung lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ.<br /> + C0 (mg/L) và C (mg/L) lần lượt là nồng độ ion Cu2+ ban đầu và còn lại sau hấp phụ.<br /> + V là thể tích dung dịch hấp phụ (L)<br /> + m là khối lượng hạt HAp (g).<br /> <br /> <br /> <br /> 68 L. T. Duyên, …, Đ. T. M. Thanh, “Nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ … hydroxyapatit.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Khả năng hấp phụ Cu2+ của hạt HAp được tính toán dựa trên đường hấp phụ đẳng nhiệt<br /> Langmuir và Freundlich [7,8].<br /> Động học của quá trình hấp phụ được nghiên cứu theo hai mô hình động học: mô hình<br /> giả bậc 1 và mô hình giả bậc 2 [7].<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. pHpzc của hạt HAp<br /> Sự biến đổi của pH theo pHo thu được khi đo đối với hạt HAp được giới thiệu trên<br /> hình 1, từ đây nhận thấy pH = 0 tại pHo bằng 7. Điều này có nghĩa là pHpzc (giá trị pH<br /> tại đó bề mặt trung hòa điện tích) của hạt HAp bằng 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sự biến đổi pH theo pHo.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình xử lý Cu2+ bằng vật liệu hạt HAp<br /> 3.2.1. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc<br /> Sự biến đổi hiệu suất và dung lượng hấp phụ của hạt HAp theo thời gian được giới<br /> thiệu trên hình 2. Trong khoảng thời gian khảo sát, dung lượng cũng như hiệu suất hấp phụ<br /> tăng nhanh trong 40 phút đầu, từ 50 phút trở đi dung lượng và hiệu suất hấp phụ tăng<br /> chậm và ổn định do sự hấp phụ tiến tới trạng thái cân bằng. Để thu được dung lượng và<br /> hiệu suất hấp phụ cao, tiến hành hấp phụ trong 50 phút cho những nghiên cứu tiếp theo.<br /> <br /> 100<br /> <br /> 3.0<br /> 90<br /> <br /> <br /> 2.5 80<br /> <br /> 70<br /> 2.0<br /> Q (mg/g)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 60<br /> H (%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 1.5 50<br /> <br /> 40<br /> 1.0<br /> 30<br /> Q<br /> 0.5 H 20<br /> <br /> 0 10 20 30 40 50 60 70 80<br /> <br /> t (phót )<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ<br /> mhạt HAp = 6 g/L; Co = 20 mg/L; pHo = 5,3; T = 30 oC.<br /> 3.2.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 69<br />  Hóa học & Môi trường<br /> Việc loại bỏ ion Cu2+ phụ thuộc nhiều vào pH của dung dịch vì pH làm thay đổi tính<br /> chất bề mặt của chất hấp phụ. Từ giá trị pHpzc = 7, tiến hành khảo sát ở các pH xung quanh<br /> 7, nhưng để tránh hiện tượng tạo kết tủa Cu(OH)2, ảnh hưởng của pH đã được khảo sát<br /> trong điều kiện pH ≤ 6,2. Kết quả biến thiên dung lượng và hiệu suất hấp phụ của hạt<br /> HAp theo pH được giới thiệu trên hình 3. Từ đây nhận thấy, trong khoảng pH khảo sát,<br /> hiệu suất và dung lượng hấp phụ tăng khi pH tăng. Kết quả này được giải thích là do trong<br /> môi trường axit, hạt HAp bị proton hóa và khi đó bề mặt của hạt sẽ tích điện dương nên nó<br /> làm giảm số lượng tâm hấp phụ của hạt và xảy ra sự hấp phụ cạnh tranh giữa ion H+ và ion<br /> Cu2+, do đó làm giảm khả năng hấp phụ của hạt. Mặt khác ở vùng pH thấp, một phần hạt<br /> HAp bị tan nên làm giảm dung lượng và hiệu suất hấp phụ. Ngược lại, khi pH tăng thì điện<br /> tích dương của bề mặt hạt sẽ giảm do đó làm tăng khả năng hấp phụ. Vì vậy, có thể chọn<br /> pH trong khoảng pH = 5,3 ÷ 6,2. Tuy nhiên, để thuận lợi cho quá trình xử lý nhất là xử lý<br /> với lượng lớn, pH tự nhiên (5,3) được chọn đối với hấp phụ Cu2+ cho những nghiên cứu<br /> tiếp theo.<br /> <br /> 3 .2 95<br /> <br /> 90<br /> 3 .0<br /> 85<br /> 2 .8<br /> 80<br /> <br /> 2 .6 75<br /> Q (mg/g)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H (%)<br /> 70<br /> 2 .4<br /> <br /> 65<br /> 2 .2<br /> 60<br /> <br /> 2 .0<br /> Q 55<br /> H<br /> 1 .8 50<br /> 2 .0 2 .5 3 .0 3 .5 4 .0 4 .5 5 .0 5 .5 6 .0 6 .5<br /> <br /> pH<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Biểu đồ hiệu suất và dung lượng hấp phụ Cu2+biến đổi theo pH<br /> mhạt HAp = 6 g/L; Co = 20 mg/L; tlắc = 50 phút, T = 30 oC.<br /> 3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất hấp phụ<br /> <br /> 100<br /> 3.5<br /> 90<br /> 3.0<br /> 80<br /> <br /> 2.5<br /> 70<br /> Q (mg/g)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H (%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 2.0<br /> 60<br /> <br /> 1.5<br /> 50<br /> Q<br /> 1.0 H 40<br /> <br /> <br /> 0.5 30<br /> <br /> 0 4 8 12 16 20 24 28 32<br /> <br /> m (g/L)<br /> <br /> <br /> Hình 4. Ảnh hưởng của khối lượng hạt HAp đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ Cu2+<br /> Co = 20 mg/L; pHo = 5,3; tlắc = 50 phút; T = 30 oC.<br /> <br /> <br /> <br /> 70 L. T. Duyên, …, Đ. T. M. Thanh, “Nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ … hydroxyapatit.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hạt HAp đến dung lượng và<br /> hiệu suất hấp phụ Cu2+ được trình bày trên hình 4. Khi khối lượng hạt HAp tăng từ 2 đến 6<br /> g/L, dung lượng hấp phụ giảm từ 3,38 xuống 2,79 mg/g và hiệu suất hấp phụ tăng từ 33,75<br /> đến 83,65 %. Khi khối lượng chất hấp phụ tăng từ 6 đến 30 g/L, hiệu suất hấp phụ tăng<br /> dần và đạt tới 96,10 % còn dung lượng hấp phụ giảm dần. Để đạt được dung lượng và hiệu<br /> suất hấp phụ đồng thời cao (2,79 mg/g; 83,65 %), khối lượng hạt HAp 6 g/L được chọn để<br /> nghiên cứu xử lý Cu2+.<br /> 3.2.4. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu<br /> Nồng độ ion Cu2+ ban đầu có ảnh hưởng lớn đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ. Kết<br /> quả nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ Cu2+ tăng, dung lượng hấp phụ tăng dần còn hiệu<br /> suất hấp phụ giảm dần (Hình 5). Để đạt được dung lượng và hiệu suất hấp phụ đồng thời<br /> cao, nồng độ Cu2+ có thể sử dụng trong khoảng 20 ÷ 30 mg/L.<br /> <br /> 6 100<br /> <br /> <br /> <br /> 5 90<br /> <br /> <br /> <br /> 4<br /> 80<br /> Q (mg/g)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> H (%)<br /> 3<br /> 70<br /> <br /> <br /> 2<br /> Q 60<br /> H<br /> <br /> 1<br /> <br /> 50<br /> <br /> 0<br /> 0 10 20 30 40 50 60<br /> <br /> C o (m g /l)<br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Ảnh hưởng của nồng độ Cu2+ ban đầu đến dung lượng và hiệu suất hấp phụ<br /> mhạt HAp = 6 g/L; pHo = 5,3; tlắc = 50 phút; T = 30 oC.<br /> 3.3. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Cu2+<br /> Tiến hành hấp phụ Cu2+ ở điều kiện thích hợp đã nghiên cứu: 6 g/L hạt HAp với thời<br /> gian hấp phụ 50 phút ở pH 5,3, nhiệt độ phòng (30 oC) và nồng độ Cu2+ ban đầu thay đổi.<br /> Bảng 11. Các giá trị LnCe, LnQ, Ce/Q biến đổi theo nồng độ Cu2+ ở trạng thái cân bằng.<br /> Nồng độ Cu2+ cân<br /> Q<br /> bằng (Ce) LnCe LnQ Ce/Q<br /> (mg/g)<br /> (mg/L)<br /> 0,21 -1,56 0,80 -0,22 0,26<br /> 0,79 0,58 1,37 0,32 1,31<br /> 3,86 1,35 2,79 1,03 1,38<br /> 5,87 1,77 4,02 1,39 1,46<br /> 12,17 2,50 4,64 1,53 2,62<br /> 19,85 2,99 5,00 1,61 3,97<br /> 28,97 3,37 5,17 1,64 5,60<br /> Sau đó, xác định nồng Cu2+ còn lại ở trạng thái cân bằng (Ce), từ đó có thể tính được<br /> các giá trị lnCe, lnQ, tỉ số Ce/Q (Bảng 1) và xây dựng phương trình đẳng nhiệt hấp phụ<br /> Langmuir (Hình 6a) và Freundlich (Hình 6b).<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 71<br />  Hóa học & Môi trường<br /> <br /> 2.0<br /> <br /> y = 0.16746x + 0.63836 y = 0.41261x + 0.38663<br /> 5<br /> R2 = 0.96992 1.5 R2 = 0.91997<br /> <br /> 4<br /> 1.0<br /> Ce/Q (g/l)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> lnQ<br /> 3<br /> 0.5<br /> <br /> 2<br /> <br /> 0.0<br /> 1<br /> (a) (b)<br /> -0.5<br /> 0 5 10 15 20 25 30 -2 -1 0 1 2 3 4<br /> <br /> Ce (mg/l) lnCe<br /> <br /> <br /> Hình 6a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 6b. Đường đẳng nhiệt hấp phụ<br /> Cu2+ tại 30 oC theo Langmuir. Cu2+ tại 30 oC theo Freundlich.<br /> Trên cơ sở các đường đẳng nhiệt hấp phụ này có thể tính được các hằng số thực<br /> nghiệm Langmuir và Freundlich tương ứng. Kết quả tính toán được đưa ra trong Bảng 2.<br /> Bảng 2. Các hằng số thực nghiệm Qm, KL, KF, n<br /> trong phương trình Langmuir và Freundlich.<br /> Langmuir Freundlich<br /> 2<br /> Qm (mg/g) KL R n KF R2<br /> 5,97 0,26 0,96992 2,42 1,47 0,91997<br /> Từ kết quả thu được cho thấy, cả hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ sử dụng đều có thể<br /> mô tả được số liệu thực nghiệm hấp phụ Cu2+ bằng hạt HAp trong điều kiện nghiên cứu.<br /> Tuy nhiên, mô hình Langmuir mô tả tốt hơn (R2 = 0,96992) mô hình Freundlich (R2 =<br /> 0,91997). Dung lượng hấp phụ cực đại đạt 5,97 mg/g. Kết quả này chỉ ra khả năng xử lý<br /> Cu2+ nhỏ hơn so với xử lý Pb2+ (Qm = 14,75) bằng vật liệu hạt HAp [17].<br /> 3.4. Động học của quá trình hấp phụ Cu2+<br /> <br /> 2<br /> y = -0.09463x + 2.08055 22 y = 0.33873x + 8.241478<br /> R2 = 0.8879 R2 = 0.98849<br /> 1<br /> 20<br /> <br /> 0<br /> 18<br /> t/Q (phút.g/mg)<br /> ln(Qe-Qt)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> -1 16<br /> <br /> <br /> -2 14<br /> <br /> <br /> 12<br /> -3<br /> <br /> 10<br /> -4 (a) (b)<br /> 0 20 40 60<br /> 10 20 30 40 50 60<br /> t (phút)<br /> t (phút)<br /> <br /> <br /> Hình 7a. Mô tả số liệu thực nghiệm Hình 7b. Mô tả số liệu thực nghiệm<br /> bằng phương trình động học hấp phụ bằng phương trình động học hấp phụ<br /> giả bậc 1. giả bậc 2.<br /> <br /> <br /> 72 L. T. Duyên, …, Đ. T. M. Thanh, “Nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ … hydroxyapatit.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> Nghiên cứu sự hấp phụ Cu2+ trong điều kiện: 50 mL dung dịch Cu2+ 20 mg/L, khối<br /> lượng hạt HAp 0,3g, pHo = 5,3 biến đổi theo thời gian ở 30 oC. Từ đây đã xác định được<br /> dung lượng hấp phụ ở trạng thái cân bằng hấp phụ (Qe thực nghiệm) và xây dựng được đồ<br /> thị của phương trình động học giả bậc 1 (Hình 7a) và giả bậc 2 (Hình 7b).<br /> Từ các đồ thị trên hình 7, có thể tính được các hằng số tốc độ hấp phụ (k) và dung<br /> lượng hấp phụ ở trạng thái cân bằng (Qe). Kết quả tính toán được giới thiệu trong Bảng 3.<br /> Bảng 3. Các giá trị k và Qe tính theo phương trình động học giả bậc một và giả bậc hai.<br /> <br /> Phương trình động học giả Phương trình động học giả bậc<br /> bậc một hai Qe<br /> thực nghiệm<br /> Qe k1 Qe k2<br /> R 2<br /> R 2 (mg/g)<br /> (mg/g) (phút-1) (mg/g) (g/mg/phút)<br /> <br /> 8,01 0,09463 0,88790 2,95 0,01392 0,98849 3,04<br /> <br /> Từ Bảng 3 cho thấy, giá trị Qe tính theo phương trình động học hấp phụ giả bậc 1 (8,01<br /> mg/g) khác xa giá trị Qe xác định từ thực nghiệm (3,04 mg/g), đồng thời hệ số hồi quy R2<br /> = 0,88790 khác 1. Trong khi đó Qe tính theo phương trình động học hấp phụ giả bậc 2<br /> (2,95 mg/g) không khác nhiều so với Qe từ thực nghiệm (3,04 mg/g), đồng thời hệ số hồi<br /> quy R2 = 0,98849 trong trường hợp này rất gần 1. Kết quả này chứng tỏ trong điều kiện<br /> nghiên cứu, quá trình hấp phụ Cu2+ bằng hạt HAp không tuân theo phương trình động học<br /> hấp phụ giả bậc 1 mà tuân theo phương trình động học hấp phụ giả bậc 2. Hằng số tốc độ<br /> hấp phụ xác định được bằng 0,01392 g/mg/phút.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Hạt HAp chế tạo bằng phương pháp thiêu kết với kích thước trung bình (2 x 10) mm đã<br /> được sử dụng để nghiên cứu quá trình hấp phụ Cu2+ trong dung dịch nước. Kết quả thu<br /> được cho thấy, quá trình hấp phụ chịu sự ảnh hưởng của các yếu tố: pHo, khối lượng chất<br /> hấp phụ, nồng độ Cu2+ ban đầu Co, thời gian tiếp xúc. Trong điều kiện khảo sát, sự hấp<br /> phụ Cu2+ của hạt HAp diễn ra nhanh, có thể đạt cân bằng chỉ sau khoảng 50 phút tiếp xúc;<br /> quá trình hấp phụ tuân theo phương trình động học hấp phụ giả bậc 2 và tuân theo mô hình<br /> đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir. Kết quả này mở ra hướng ứng dụng sử dụng cột hấp phụ<br /> với vật liệu hấp phụ là hạt HAp để xử lý nước ô nhiễm Cu2+.<br /> Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của đề tài cấp Bộ Giáo dục và<br /> Đào tạo, mã số B2017-MDA-15ĐT.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Fu F., Wang Q., “Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review”, J.<br /> Environ. Manage, Vol. 92 (3) (2011), pp. 407–418.<br /> [2]. Ziagova M., Dimitriadis G., Aslanidou D., Papaioannou X., Litopoulou Tzannetaki<br /> E., Liakopoulou-Kyriakides, M., “Comparative study of Cd(II) and Cr(VI)<br /> biosorption on Staphylococcus xylosus and Pseudomonas sp. in single and binary<br /> mixtures”, Bioresour. Technol, Vol. 98(15) (2007), pp. 2859–2865.<br /> [3]. Sumathi Shanmugam, Buvaneswari Gopal, “Copper substituted hydroxyapatite and<br /> fluorapatite: Synthesis, characterization and antimicrobial properties”, Ceramics<br /> International, Vol. 40(10, Part A) (2014), pp. 15655-15662.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 73<br />  Hóa học & Môi trường<br /> [4]. E.A. Krylova, A.A.I. S.E. Krylov, I.G. Plashchina, P.V. Nefedov, N.N. Emanuel,<br /> “Hydroxyapatite-Alginate Structure as Living Cells Supporting System”, Institute of<br /> Biochemical Physics RAS, Russia (2004).<br /> [5]. Tim V.C., ‘Porous Scaffolds for the Replacement of Large Bone Defects: a<br /> Biomechanical Design Study”, PhD thesis (KU. Leuven - Belgium) (2005).<br /> [6]. Neha G., Atul K., Chattopadhyaya M.C., ‘Adsorptive removal of Pb2+, Co2+ and Ni2+<br /> by hydroxyapatite/chitosan composite from aqueous solution”, Journal of the Taiwan<br /> Institute of Chemical Engineers, Vol. 43(1) (2012), pp. 125-131.<br /> [7]. I. Mobasherpour, E. Salahi, M. Pazouki, ‘Comparative of the removal of Pb2+, Cd2+<br /> and Ni2+ by nano crystallite hydroxyapatite from aqueous solutions: Adsorption<br /> isotherm study”, Arabian Journal of Chemistry, Vol. 5(4) (2012), pp. 439-446.<br /> [8]. R.R. Sheha, ‘Sorption behavior of Zn(II) ions on synthesized hydroxyapatite”,<br /> Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 310(1) (2007), pp.18-26.<br /> [9]. F. Fernane, M.O. Mecherri, P. Sharrock, M. Hadioui, H. Lounici, M. Fedoroff,<br /> “Sorption of cadmium and copper ions on natural and synthetic hydroxylapatite<br /> particles”, Materials Characterization, Vol. 59(5) (2008), pp. 554-559.<br /> [10].S.M. Mousa, N.S. Ammar, H.A. Ibrahim, “Removal of lead ions using hydroxyapatite<br /> nano-material prepared from phosphogypsum waste”, Journal of Saudi Chemical<br /> Society, Vol. 20 (2016), pp. 357-365.<br /> [11]. Wei Wei, Rong Sun, Jing Cui, Zhenggui Wei, “Removal of nitrobenzene from<br /> aqueous solution by adsorption on nanocrystalline hydroxyapatite’, Desalination,<br /> Vol. 263(1-3) (2010), pp. 89-96.<br /> [12]. Deyi Zhang, Heming Luo, Liwen Zheng, Kunjie Wanga, Hongxia Li, Yi Wanga,<br /> Huixia Feng, ‘Utilization of waste phosphogypsum to prepare hydroxyapatite<br /> nanoparticles and its application towards removal of fluoride from aqueous<br /> solution”, Journal of Hazardous Materials, Vol. 241-242 (2012), pp. 418-426.<br /> [13]. A. Bahdod, S. El Asri, A. Saoiabi, T. Coradin, A. Laghzizil, “Adsorption of phenol<br /> from an aqueous solution by selected apatite adsorbents: Kinetic process and impact<br /> of the surface properties”, Water research, Vol. 43 (2009), pp. 313-318.<br /> [14]. Huijuan Hou, Ronghui Zhou, Peng Wu, Lan Wu, “Removal of Congo red dye from<br /> aqueous solution with hydroxyapatite/chitosan composite”, Chemical Engineering<br /> Journal, Vol. 211-212 (2012), pp. 336-342.<br /> [15]. Sanna Hokkanen, Eveliina Repo, Lena Johansson Westholm, Song Lou, Tuomo<br /> Sainio, Mika Sillanpää, “Adsorption of Ni2+, Cd2+, PO43- and NO3- from aqueous<br /> solutions by nanostructured microfibrillated cellulose modified with carbonated<br /> hydroxyapatite”, Chemical Engineering Journal, Vol. 252 (2014), pp. 64-74.<br /> [16]. Nguyễn Thu Phương, Phạm Thị Thu Trang, Phạm Thị Năm, Nguyễn Thị Thu Trang,<br /> Đinh Thị Mai Thanh, “Khảo sát ảnh hưởng của thành phần dung dịch đến quá trình<br /> tổng hợp bột hydroxyapatit”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Tập 50(3E) (2012),<br /> Tr. 1220-1227.<br /> [17]. Le Thi Duyen, Le Thi Phuong Thao, Do Thi Hai, Vo Thi Hanh, Pham Thi Nam,<br /> Nguyen Thi Thom, Cao Thi Hong, Nguyen Thu Phuong, Dinh Thi Mai Thanh,<br /> “Fabrication and characterization of adsorption hydroxyapatite granule for<br /> treatment Pb2+ ion”, 6th Asian Symposium on Advanced Materials, Hanoi (2017),<br /> pp. 699-706.<br /> [18].Ivana Smiˇciklas, Antonije Onjia, Slavica Raiˇcevi´c, “Experimental design approach<br /> in the synthesis of hydroxyapatite by neutralization method’, Separation and<br /> Purification Technology, Vol. 44 (2005), pp. 97-102.<br /> <br /> <br /> <br /> 74 L. T. Duyên, …, Đ. T. M. Thanh, “Nghiên cứu khả năng xử lý Cu2+ … hydroxyapatit.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> ABSTRACT<br /> 2+<br /> REMOVAL OF Cu BY HYDROXYAPATITE ADSORPTION GRANULE<br /> FROM AQUEOUS SOLUTION<br /> Hydroxyapatite adsorption granule (HAp granule) was fabricated from<br /> hydroxyapatite powder and polyvinyl alcohol additive by sintering. It has an<br /> average size of granule about (2 x 10) mm for the removal of Cu2+ ion from aqueous<br /> solution. The effect of some factors on the Cu2+ adsorption efficiency and capacity<br /> was investigated. The adsorption efficiency and capacity reached 83.70 % and 2.79<br /> mg/g respectively at the suitable condition: HAp granule mass of 6 g/L, initial Cu2+<br /> concentration of 20 mg/L, contact time of 50 minutes and pHo 5.3 at 30 oC.<br /> Keywords: Hydroxyapatite granule; Adsorption; Removal of Cu2+.<br /> <br /> Nhận bài ngày 22 tháng 02 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 15 tháng 03 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 02 tháng 04 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ - Địa chất;<br /> 2<br /> Phòng Ăn mòn và bảo vệ kim loại, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam;<br /> 3<br /> Trường Đại học Quy Nhơn;<br /> 4<br /> Trường Đại học Tài nguyên Môi trường;<br /> 5<br /> Trường Đại học Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam;<br /> 6<br /> Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.<br /> *<br /> Email: leduyen231276@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CBES2, 04 - 2018 75<br />