Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol trong nước bằng than hoạt tính điều chế từ mùn cưa gỗ thông

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP PHỤ PHENOL TRONG<br /> NƯỚC BẰNG THAN HOẠT TÍNH ĐIỀU CHẾ<br /> TỪ MÙN CƯA GỖ THÔNG<br /> INVESTIGATING THE ADSORPTION ABILITY OF PHENOL<br /> BY ACTIVE CARBON WHICH PRODUCE FROM<br /> THE SAWDUST OF PINE TREE<br /> Lê Văn Thủy, Vũ Hoàng Phương<br /> Email: levanthuydhsd@gmail.com<br /> Trường Đại học Sao Đỏ<br /> Ngày nhận bài: 25/12/2017<br /> Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 26/3/2018<br /> Ngày chấp nhận đăng: 28/3/2018<br /> <br /> <br /> Tóm tắt<br /> <br /> Trong báo cáo này, chúng tôi nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol trong nước bằng than hoạt tính<br /> được điều chế từ phế phẩm mùn cưa gỗ thông. Than hoạt tính được hoạt hóa bằng phương pháp hóa<br /> học theo các giai đoạn than hóa bởi axit sunfuric 98% tại nhiệt độ 150oC, sau đó kích hoạt bởi nhiệt độ<br /> 500oC và 700oC lần lượt trong 60 phút và 30 phút. Hình thái và diện tích bề mặt vật liệu được nghiên<br /> cứu bằng phương pháp vật lý hiện đại như SEM, BET. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ<br /> phenol của than hoạt tính được khảo sát gồm: pH, nồng độ phenol và thời gian hấp phụ, động học<br /> hấp phụ được nghiên cứu bởi các mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir, Freundlich và mô hình động<br /> học hấp phụ bậc 1, bậc 2. Kết quả cho thấy vật liệu than hoạt tính có diện tích bề mặt đạt 338,1 m2/g,<br /> tại các điều kiện thích hợp như: nhiệt độ 25oC, pH = 7, hàm lượng chất hấp phụ 3 g/l, nồng độ phenol<br /> 30 mg/l; hiệu suất hấp phụ đạt 81,1%. Động học hấp phụ cho thấy quá trình hấp phụ phenol phù hợp<br /> với mô hình đẳng nhiệt Langmuir và tuân theo phương trình động học bậc 2.<br /> Từ khóa: Hấp phụ; phenol; động học.<br /> Abstract<br /> <br /> For this report, we investigate the adsorption ability of phenol in water by active carbon which created<br /> from the sawdust if pine tree. The active carbon is activated by chemical method following steps: Firstly,<br /> sulfuric acids 98% at 150oC after that at 500oC and 700oC and keeping in 60 minutes and 30 minutes,<br /> respectively. The morphology and cross area is determined by SEM and BET. The factors which effect<br /> on the adsorption ability are pH, the phenol concentration and adsorption time. The adsorption process<br /> is investigated obeying the Langmuir-Freundlich equation and the dynamic quadratic equation; the linear<br /> equation. Finally, the optimum adsorption condition is at 25oC, pH =7, the adsorption concentration about<br /> 3 g/l and phenol concentration about 30 mg/l. For this condition, the yield is 81,1%. In addition, the dynamic<br /> adsorption equation of this process follows the Langmuir theory and dynamic quadratic equation.<br /> Keywords: Adsorption; phenol; kinetics.<br /> <br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU quan. Phenol có độc tính cao ngay cả khi nồng<br /> độ thấp và rất khó phân hủy bởi vi khuẩn, vì thế<br /> Ô nhiễm nước tác động rất nghiêm trọng đến<br /> môi trường và ngày càng tăng cùng với sự gia loại bỏ phenol trong nước thải trước khi đưa ra<br /> tăng các ngành công nghiệp. Phenol là một trong môi trường là thực sự cần thiết [1]. Nhiều phương<br /> những thành phần chính gây ô nhiễm nguồn nước pháp xử lý phenol khác nhau đã được nghiên cứu<br /> thải phát sinh từ các ngành công nghiệp hóa chất và đưa vào ứng dụng như oxy hóa, điện hóa, sinh<br /> như dầu mỏ và hóa dầu, khí đốt và sản xuất than học, quang xúc tác, hấp phụ… đã được báo cáo.<br /> cốc, sản xuất nhựa và các ngành công nghiệp liên Trong đó phương pháp hấp phụ được đặc trưng<br /> <br /> <br /> 78 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> bởi hiệu quả cao, chi phí thấp, các nguyên liệu cứu được lấy từ khoa Thực phẩm và Hóa học,<br /> đầu vào dồi dào, tận dụng tốt các nguyên liệu thải Trường Đại học Sao Đỏ.<br /> của các quá trình sản xuất khác. Than hoạt tính<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> là loại vật liệu được nghiên cứu sử dụng cho hấp<br /> phụ nói chung và hấp phụ phenol nói riêng bởi 2.2.1. Điều chế than hoạt tính từ mùn cưa<br /> các đặc tính như diện tích bề mặt riêng lớn, các<br /> Mùn cưa được rửa sạch liên tục trong nước cất<br /> nhóm chức đa dạng phân bố trên hệ thống mao nhằm loại bỏ các tạp chất có thể hòa tan được,<br /> quản và bề mặt, khả năng hấp phụ các chất hữu sau đó phơi khô và sàng qua rây kích thước cỡ<br /> cơ ô nhiễm cao. Nhằm giảm chi phí tối thiểu, rất 0,5 mm. Cân chính xác 5 g mùn cưa, ngâm tẩm<br /> nhiều hướng nghiên cứu cố gắng tìm kiếm nguồn trong 50 ml dung dịch H2SO4 98%, gia nhiệt 150oC<br /> nguyên liệu điều chế than hoạt tính giá rẻ từ sản trong 60 phút. Chất rắn màu đen thu được sau<br /> phẩm phụ nông nghiệp như vỏ lạc, vỏ hành tây, khi sấy rửa sạch bằng nước cất đến trung tính,<br /> trấu, sợi đay, bã mía, mùn cưa… [2]. Sử dụng sau đó đưa vào lò nung và gia nhiệt tại các nhiệt<br /> hóa chất để kích hoạt than hoạt tính thường có độ 500oC (trong 60 phút), 700oC (trong 30 phút).<br /> ưu điểm hơn so với các phương pháp vật lý do Than được lấy ra và để nguội đến nhiệt độ phòng,<br /> nhiệt độ kích hoạt thấp hơn và thời gian ngắn hơn bảo quản trong túi hút ẩm, ký hiệu là CGT.<br /> [3]. Kích hoạt hóa chất có sự hỗ trợ của nhiệt độ<br /> sẽ nâng cao độ xốp và phát triển cấu trúc mao 2.2.2. Nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu<br /> quản. Các hóa chất có thể dùng thường là các - Điểm đẳng điện của vật liệu (CGT): sử dụng 09<br /> dung dịch axit (H2SO4, HNO3, H3PO4), các dung bình tam giác, mỗi bình chứa 250 ml dung dịch<br /> dịch kiềm (NaOH, KOH) hoặc các dung dịch muối KNO3 0,1 M, pH0 của dung dịch được điều chỉnh<br /> (ZnCl2, K2CO3), trong đó sử dụng axit kích hoạt sẽ bởi dung dịch HCl 1 M và NaOH 1 M tương ứng<br /> thu được than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng đạt các giá trị: 2; 4; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12. Cho vào<br /> lớn hơn so với kiềm hoặc dung dịch muối khác [3]. mỗi bình 5,0 g vật liệu CGT lắc đều trong 2 giờ, lọc<br /> Với hàm lượng cacbon cao (thành phần mùn và đo pH của dịch lọc xác định được giá trị pHi,<br /> cưa chỉ gồm cellulose, lignin và hemicelllulose), xây dựng đồ thị sự phụ thuộc ∆pH = pH0– pHi vào<br /> thường ít lẫn các tạp chất vô cơ, vì vậy mùn cưa pH0, giao điểm của đồ thị với trục hoành xác định<br /> được đánh giá là nguồn nguyên liệu sạch, giá rẻ, điểm đẳng điện của vật liệu CGT.<br /> đặc biệt các nghiên cứu về khả năng hấp phụ của - Hình thái bề mặt vật liệu: Hình thái bề mặt than<br /> than hoạt tính điều chế từ mùn cưa đối với các ion hoạt tính trước (CGT) và sau khi hấp phụ phenol<br /> kim loại cũng như các chất hữu cơ ô nhiễm là rất (CGTP) được xác định bằng kính hiển vi điện tử<br /> hiệu quả [6]. quét (Scanning Electron Microscope - SEM) trên<br /> Tại Chí Linh, Hải Dương, trữ lượng gỗ thông máy NanoSEM-450, tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới,<br /> Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam.<br /> lớn, nhiều cơ sở doanh nghiệp sản xuất đồ thủ<br /> công mỹ nghệ từ gỗ thông, do đó lượng chất thải - Diện tích bề mặt riêng và kích thước lỗ xốp:<br /> mùn cưa lớn, chủ yếu dùng để đun nấu và cung được phân tích bằng phương pháp Brunauer-<br /> cấp cho hộ gia đình trồng nấm hoặc hoa lan. Vì Emmet-Teller (BET). Mẫu được đo trên thiết bị<br /> vậy, chúng tôi tiến hành nghiên cứu điều chế Micromeritics TriStar II 3020 Version 3.02 tại<br /> than hoạt tính từ mùn cưa gỗ thông bằng cách Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hàn lâm Khoa học<br /> kích hoạt H2SO4 và ứng dụng vào xử lý nước ô Việt Nam.<br /> nhiễm phenol.<br /> 2.3. Nghiên cứu khả năng hấp phụ phenol của<br /> 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU vật liệu<br /> (THỰC NGHIỆM)<br /> Cân chính xác 1,00 g phenol hòa tan trong<br /> 2.1. Vật liệu nghiên cứu 1000 ml nước cất mới đun sôi để nguội. Lấy<br /> 10 ml dung dịch trên định mức thành 1000 ml<br /> Mùn cưa gỗ thông được thu thập từ các cơ sở sản<br /> bằng nước cất, ta thu được dung dịch phenol<br /> xuất đồ gỗ trên địa bàn phường Sao Đỏ, Chí Linh,<br /> 10 mg/l. Nồng độ phenol sau khi bị hấp phụ<br /> Hải Dương.<br /> được xác định bằng phương pháp trắc quang<br /> Các hóa chất phenol (99%), H2SO4 98%, trên máy UV-Vis 722N (khoa Thực phẩm và<br /> 4-aminoantipyrine, KNO3, HCl, NaOH loại AR, Hóa học, Trường Đại học Sao Đỏ) với thuốc thử<br /> Trung Quốc và các dụng cụ sử dụng trong nghiên 4-aminoantipyrine tại bước sóng 500 nm.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 79<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> - Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến quá trình Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của Ccb/q với Ccb<br /> hấp phụ: cố định thể tích dung dịch 100 ml, nồng sẽ xác định được các giá trị qmax và KL. Giá trị KL<br /> độ phenol 30 mg/l, liều lượng chất hấp phụ 3 g/l, cao nghĩa là khả năng hấp phụ của vật liệu cao tại<br /> nhiệt độ 25oC, tốc độ khuấy 200 vòng/phút, thời nồng độ dung dịch loãng. Tham số cân bằng RL<br /> gian hấp phụ 180 phút. pH trong mỗi thí nghiệm được xác định bởi công thức:<br /> được điều chỉnh từ 2 đến 12 bằng dung dịch HCl<br /> 1 M và NaOH 1 M. Đo hiệu suất hấp phụ, từ đó (5)<br /> xác định pH thích hợp nhất.<br /> - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ phenol đến Mức độ phù hợp của mô hình Langmuir được<br /> quá trình hấp phụ: cố định liều lượng chất hấp phụ đánh giá dựa vào tham số RL [5] như bảng 1.<br /> 3 g/l, nhiệt độ 25oC, môi trường pH = 7, thời gian Bảng 1. Mức độ phù hợp của mô hình Langmuir<br /> 180 phút. Nồng độ phenol trong mỗi thí nghiệm dựa trên giá trị tham số RL<br /> được thay đổi từ 10; 30; 50 cho đến 150 mg/l. Đo<br /> Giá trị RL Mức độ phù hợp<br /> hiệu suất và dung lượng hấp phụ, từ đó xác định<br /> pH thích hợp nhất. R L> 1 Không phù hợp<br /> R L= 1 Tuyến tính<br /> - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến quá<br /> trình hấp phụ: thay đổi thời gian hấp phụ từ 30 0 < RL < 1 Phù hợp<br /> phút cho đến 300 phút, cố định pH = 7, thể tích R L= 0 Không thuận nghịch<br /> dung dịch 100 ml, nồng độ phenol 30 mg/l, hàm<br /> lượng chất hấp phụ 3 g/l. Đo hiệu suất hấp phụ, từ Phương trình Freundlich và dạng tuyến tính của<br /> đó xác định thời gian thích hợp nhất. nó thể hiện qua công thức (6) và (7):<br /> <br /> Hiệu suất hấp phụ H (%) và dung lượng hấp phụ<br /> (6)<br /> q (mg/g) của than hoạt tính trong các thí nghiệm<br /> trên được xác định theo công thức (1) và (2):<br /> (7)<br /> (1)<br /> trong đó: KF(l/g): hằng số Freundich; n: hằng số.<br /> Xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của lgq với lgCcb sẽ<br /> (2)<br /> xác định được các giá trị n và KF, giá trị n đo mức<br /> độ tương tác trên chất hấp phụ khi có sự thay đổi<br /> nồng độ dung dịch từ sự đồng nhất, chỉ ra mức độ<br /> trong đó: Co và Ccb(mg/l): nồng độ phenol ban đầu<br /> tuyến tính [5] như bảng 2.<br /> và còn lại sau hấp phụ tại thời điểm cân bằng; V(l):<br /> thể tích dung dịch chất bị hấp phụ; m(g) là khối Bảng 2. Mức độ phù hợp của mô hình Freundlich<br /> lượng than hoạt tính. dựa trên giá trị tham số n<br /> <br /> 2.4. Nghiên cứu động học hấp phụ Giá trị n Mức độ tuyến tính<br /> a. Đường đẳng nhiệt hấp phụ n=1 Tuyến tính<br /> <br /> Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và n1 Hấp phụ vật lý<br /> Phương trình Langmuir và dạng tuyến tính của nó<br /> được thể hiện qua công thức (3) và (4). b. Động học hấp phụ<br /> (3) Động học hấp phụ được nghiên cứu dựa trên các<br /> dữ liệu khi khảo sát quá trình hấp phụ phụ thuộc<br /> vào thời gian, hai phương trình động học bậc 1<br /> (4)<br /> và bậc 2 dưới dạng tuyến tính được thể hiện qua<br /> biểu thức (8) và (9):<br /> (8)<br /> trong đó: qmax: dung lượng hấp phụ cực đại của<br /> vật liệu, KL (l/g): hằng số Langmuir, đặc trưng cho<br /> ái lực của tâm hấp phụ. (9)<br /> <br /> <br /> 80 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> trong đó: qcb và qt: dung lượng hấp phụ khi cân bằng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> và tại thời điểm t (mg/g); k1: hằng số hấp phụ biểu<br /> 3.1. Đặc trưng vật liệu<br /> kiến bậc 1; k2: hằng số hấp phụ biểu kiến bậc 2.<br /> Hồi quy tuyến tính các giá trị lg (qcb– qt) với t theo 3.1.1. Điểm đẳng điện của vật liệu CGT<br /> phương trình (8) với mô hình biểu kiến bậc 1, hồi<br /> quy các giá trị t/qt với t theo phương trình (9) với mô Giao điểm của đồ thị sự phụ thuộc ∆pH = pH0–pHi<br /> hình biểu kiến bậc 2. Mức độ tuyến tính các giá trị vào pH0 với trục hoành xác định điểm đẳng điện<br /> thực nghiệm được xác định bằng hệ số R2. của vật liệu CGT như hình 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Điểm đẳng điện của vật liệu<br /> <br /> Quan sát hình 1 ta thấy điểm đẳng điện của than 3.1.2. Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng<br /> hoạt tính được chế tạo từ mùn cưa gỗ thông đạt (BET) và hình thái bề mặt (SEM)<br /> giá trị 8,6, nghĩa là trong môi trường pH < 8,6,<br /> Sau khi phân tích bằng phương pháp BET, diện<br /> bề mặt vật liệu tích điện dương, các liên kết với<br /> tích bề mặt của vật liệu đạt 338,1 m2/g, thể tích<br /> điện tích âm sẽ được ưu tiên. Ngược lại, trong môi<br /> mao quản đạt 0,0306 cm3/g và đường kính mao<br /> trường pH > 8,6 thì bề mặt vật liệu ưu tiên tạo liên<br /> kết với các điện tích dương. Kết quả này cũng phù quản đạt 2,06 nm.<br /> hợp với một số nghiên cứu về than hoạt tính được Hình thái bề mặt vật liệu được trình bày trên<br /> điều chế từ các nguyên liệu phế phẩm khác [3]. hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Kết quả phân tích SEM của vật liệu CGT và CGTP<br /> Quan sát kết quả SEM trên hình 2 ta thấy vật liệu đổi đáng kể sau khi hấp phụ phenol, hầu như các<br /> than hoạt tính trước khi hấp phụ phenol có cấu đỉnh và các mao quản bị chiếm lấp tạo thành khối<br /> trúc nhiều lớp, nhiều góc cạnh, tạo ra nhiều đỉnh có dạng trương nở, điều này chứng tỏ các phân tử<br /> hấp phụ và các mao quản. Hình dạng vật liệu thay phenol đã bị hấp phụ lên bề mặt CGT.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 81<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> 3.2. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính hoạt hóa từ mùn cưa gỗ thông với phenol<br /> 3.2.1. Ảnh hưởng của pH<br /> Kết quả sự ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ được thể hiện trên hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sự ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ<br /> <br /> Quan sát hình 3 ta thấy khả năng hấp phụ phenol độ phân ly của phenol và diện tích bề mặt vật<br /> của than hoạt tính từ mùn cưa gỗ thông hầu như liệu, thậm chí không những ngăn cản quá trình<br /> thay đổi không đáng kể trong khoảng pH từ 2 đến hấp phụ phenol lên bề mặt mà còn đẩy các ion<br /> 8,0 và giảm mạnh khi pH > 8,0. Điều này có thể phenolat trong mao quản ra, hiệu ứng này tăng<br /> giải thích rằng với hằng số pKa 9,89 thì trong môi khi kích thước các mao quản thấp, nơi các anion<br /> trường pH >8,0 phenol sẽ có xu hướng phân ly<br /> gần nhau hơn [4]. Vì vậy, môi trường pH = 7 được<br /> theo phương trình:<br /> chọn là tối ưu cho các thí nghiệm khảo sát kế tiếp.<br /> C6 H 5OH → C6 H 5O − + H +<br /> 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ phenol<br /> Trong khi đó tại pH > 8,0, bề mặt than hoạt tính<br /> đang tích điện âm do điểm đẳng điện pHZLC có giá Kết quả sự ảnh hưởng của nồng độ phenol đến<br /> trị 8,6 tạo nên lực đẩy tĩnh điện giữa ion phenolat khả năng hấp phụ của vật liệu được thể hiện trên<br /> và bề mặt vật liệu, cường độ phụ thuộc vào mức hình 4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Sự ảnh hưởng của nồng độ phenol đến hiệu suất và dung lượng hấp phụ<br /> <br /> <br /> 82 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> Hình 4 cho thấy đối với dung dịch có nồng độ phenol<br /> (10)<br /> dưới 50 mg/l thì hiệu suất hấp phụ cao và dung lượng<br /> hấp phụ tăng nhanh. Điều này có thể giải thích là do Khi diện tích bề mặt bị chiếm đủ lớn thì quá trình hấp<br /> phụ diễn ra chậm và tương đối ổn định, thể hiện trên<br /> ban đầu bề mặt và các mao quản đang còn trống,<br /> hình 4 khi nồng độ phenol trên 50 mg/l, hiệu suất hấp<br /> diện tích bề mặt bị chiếm rất nhỏ, phân tử phenol dễ phụ giảm dần và dung lượng hấp phụ tăng không<br /> dàng xâm nhập và hình thành các liên kết. Điều này đáng kể.<br /> phù hợp với thuyết hấp phụ Langmuir khi tốc độ hấp<br /> Phân tích hồi quy Ccb/q và Ccb đối với mô hình<br /> phụ (vhp) liên hệ với nồng độ (C) và diện tích bề mặt bị Langmuir và hồi quy lgqcb và lgCcb đối với mô hình<br /> chiếm ( θ ) như sau: Freundlich ta được các kết như trên hình 5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ phenol theo mô hình Langmuir và Freundlich<br /> Dựa vào mô hình Langmuir và Freundlich trên hình 5, ta xác định được các thông số động học<br /> hấp phụ, trình bày trên bảng 3.<br /> Bảng 3. Thông số động học than hoạt tính hấp phụ phenol theo Langmuir và Freundlich<br /> <br /> Langmuir Freundlich<br /> Ccb 1 1 1<br /> = ⋅ Ccb + lg q lg K F +<br /> =<br /> n<br /> lg Ccb<br /> q qmax qmax .K L<br /> KL qmax R2 1/n KF R2<br /> 0,199 13,9 0,9927 0,3401 7,4 0,8706<br /> <br /> Kết quả hình 5 và bảng 3 cho ta thấy quá trình Freundlich chỉ đạt giá trị R2 = 0,8706 và được coi là<br /> hấp phụ phenol của than hoạt tính được điều không phù hợp.<br /> chế từ mùn cưa gỗ thông phù hợp với phương 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian<br /> trình đẳng nhiệt Langmuir khi mức độ tuyến tính<br /> Kết quả sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ theo thời<br /> đạt giá trị R2 = 0,9927 và giá trị RL = 0,14 nằm<br /> gian được trình bày trên hình 6. Hình 6 cho thấy<br /> trong khoảng 0÷1 [5], quá trình hấp phụ đơn lớp hiệu suất hấp phụ càng cao khi thời gian càng tăng,<br /> và dung lượng hấp phụ cực đại đạt 13,9 mg/g. tuy nhiên sau 180 phút hiệu suất hấp phụ thay đổi<br /> Trong khi đó, mức độ tuyến tính theo mô hình không đáng kể.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Sự ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 83<br />  NGHIÊN CỨU KHOA HỌC<br /> <br /> Áp dụng thuyết hấp phụ Langmuir có thể giải nghiên cứu động học hấp phụ, thời gian hấp phụ<br /> thích rằng, với thời ban đầu, diện tích bề mặt quá được khảo sát đến 300 phút.<br /> nhỏ, tốc độ hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ chất Hồi quy tuyến tính giá trị lg (qcb– qt) với t theo mô<br /> hấp phụ. Sau thời gian đủ lớn (trên 180 phút), các hình biểu kiến bậc 1 và hồi quy các giá trị t/qt với t<br /> mao quản bị lấp đầy, diện tích bề mặt bị chiếm đủ theo mô hình biểu kiến bậc 2 ta được kết quả như<br /> lớn nên tốc độ hấp phụ tăng không đáng kể. Để hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Đồ thị đẳng nhiệt hấp phụ phenol theo mô hình động học bậc 1 và 2<br /> Dựa vào phương trình động học bậc 1 và bậc 2 như hình 7, ta xác định được các thông số động học<br /> hấp phụ, trình bày trên bảng 4.<br /> Bảng 4. Thông số động học than hoạt tính hấp phụ phenol theo phương trình động học bậc 1 và 2<br /> <br /> <br /> Bậc 1 : lg ( qcb – qt ) = lg ( qcb ) – k1t t 1 t<br /> Bậc 2 =<br /> = +<br /> 2<br /> qt k 2 qcb qcb<br /> <br /> k1 (phút-1) qcb (mg/g) R2 qcb (mg/g) K2 (g.mg-1.phút-1) R2<br /> <br /> 0,001 9,57 0,7142 9,16 0,044 0,9982<br /> <br /> Quan sát bảng 4 ta thấy mức độ tuyến tính - Điều kiện thích hợp để vật liệu CGT hấp phụ phenol<br /> (R2 = 0,9982) cho thấy quá trình hấp phụ tuân là: nhiệt độ 25oC, pH = 7, hàm lượng chất hấp phụ<br /> theo phương trình động học bậc 2, bên cạnh 3 g/l và nồng độ phenol ban đầu 30 mg/l. Khi đó<br /> đó giá trị dung lượng hấp phụ cân bằng (qcb) hiệu suất hấp phụ đạt 81,1%.<br /> theo lý thuyết (9,16 mg/g) và theo thực nghiệm<br /> (8,65 mg/g) cũng phản ánh mức độ gần đúng - Quá trình hấp phụ phenol bởi CGT tuân theo mô<br /> của mô hình động học bậc 2. Trong khi đó mức hình hấp phụ Langmuir với hệ số R2 = 0,9927, dung<br /> độ tuyến tính của mô hình động học bậc 1 đạt lượng hấp phụ cực đại đạt 13,9 mg/g và mô hình<br /> R2 = 0,7142 chỉ ra mức độ tuyến tính quá thấp. động học biểu kiến bậc 2 với hệ số R2 = 0,9982,<br /> 4. KẾT LUẬN dung lượng hấp phụ cân bằng đạt 9,16 mg/g.<br /> <br /> Kết quả nghiên cứu này cho thấy than hoạt tính<br /> - Đã chế tạo được than hoạt tính CGT từ mùn cưa<br /> điều chế từ mùn cưa gỗ thông thích hợp cho việc<br /> gỗ thông bằng cách axit hóa bởi H2SO498% sau<br /> loại bỏ phenol khỏi nguồn nước bị ô nhiễm.<br /> đó hoạt hóa bởi nhiệt tại 500 và 700oC.<br /> <br /> - Các đặc trưng của vật liệu đã được nghiên cứu<br /> bởi các phương pháp hóa lý như SEM, BET, kết TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> quả cho thấy bề mặt vật liệu có cấu trúc lớp và [1]. Cheng, W.P.; Gao, W.; Cui, X.; Ma, J.H.; Li, R.F.<br /> xuất hiện nhiều tâm hấp phụ, diện tích bề mặt (2016). Phenol adsorption equilibrium and kinetics<br /> của vật liệu đạt 338,1 m2/g, thể tích mao quản đạt on zeolite X/activated carbon composite. J. Taiwan<br /> 0,0306 cm3/g và đường kính mao quản đạt 2,06 nm . Inst. Chem. Eng. 62, 192-198.<br /> <br /> <br /> 84 Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018<br />  LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM<br /> <br /> [2]. Johari, K.; Saman, N.; Song, S.T.; Chin, C.S.; Kong, studies of some substituted phenols on activated<br /> H.; Mat, H (2016). Adsorption enhancement of carbon fibers. Chem Eng J; 157:348-56.<br /> elemental mercury by various surface modified [5]. Mulu Berhe Desta (2013). Batch Sorption<br /> coconut husk as eco-friendly low-cost adsorbents. Experiments: Langmuir and Freundlich Isotherm<br /> Int. Biodeterior. Biodegrad. 109, 45-52. Studies for the Adsorption of Textile Metal Ions<br /> onto Teff Straw (Eragrostis tef) Agricultural Waste.<br /> [3]. M. Manoochehri, A. Khorsand, E. Hashemi (2012).<br /> Journal of Thermodynamics; 231:375-383.<br /> Role of modified activated carbon by H3PO4 or<br /> [6]. W.S. Wan Ngah, M.A.K.M. Hanafiah (2008).<br /> K2CO3 from natural adsorbent for removal of Pb(II)<br /> Removal of heavy metal ions from wastewater by<br /> from aqueous solutions, Carbon Lett. 13, 115-120.<br /> chemically modified plant wastes as adsorbents: A<br /> [4]. Liu QS, Zheng T, Wang P, Jang JP, Li N (2010). review. Bioresource Technology Volume 99, Issue<br /> Adsorption isotherm, kinetic and mech-anism 10, July, pp. 3935-3948.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(60).2018 85<br />