Đề tài Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại Fe 2+ trên bentonit Bình Thuận

1 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa ........................................................................................................... i Lời cam đoan........................................................................................................... ii Lời cảm ơn ............................................................................................................. iii MỤC LỤC .............................................................................................................. 1 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ CÁC HÌNH ............................................................ 3 PHẦN I: MỞ ðẦU.................................................................................................. 4 I. Lý do chọn đề tài.............................................................................................. 4 II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu. .................................................................. 5 III. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. ................................................................. 5 IV. Phương pháp nghiên cứu. .............................................................................. 6 V. Giả thuyết khoa học. ....................................................................................... 6 VI. Lịch sử vấn đề nghiên cứu. ............................................................................ 6 PHẦN II: NỘI DUNG............................................................................................. 7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. Giới thiệu về Bentonit. ............................................................................... 7 I.1.1. Thành phần hĩa học của Bentonit....................................................... 7 I.1.2. Cấu trúc của Montmorilonit. .............................................................. 9 I.1.3. Các khả năng biến tính của Bentonit .................................................11 I.1.4. Tính chất cấu trúc hấp phụ. ...............................................................11 I.1.5. Khả năng hấp thu ion của Bentonit....................................................14 I.2. Những ứng dụng chủ yếu của Bentonit..................................................... 15 I.2.1. Bentonit dùng làm chất hấp phụ. .......................................................15 I.2.2. Bentonit dùng để chế tạo dung dịch khoan.........................................15 I.2.3. Bentonit dùng làm chất độn...............................................................16 I.2.4. Bentonit dùng trong cơng nghiệp rượu bia.........................................16 I.2.5. Bentonit dùng trong cơng nghiệp tinh chế nước.................................16 I.2.6. Một số ứng dụng khác.......................................................................17 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 2 I.3. Hoạt hĩa Bentonit.................................................................................... 17 I.3.1. Hoạt hĩa bằng nhiệt. .........................................................................18 I.3.2. Hoạt hĩa bằng kiềm..........................................................................18 I.3.3. Hoạt hĩa bằng axit vơ cơ...................................................................19 I.3.4. Phương pháp khác. ...........................................................................19 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM II.1. Hĩa chất và dụng cụ............................................................................... 20 II.1.1. Hố chất. .........................................................................................20 II.1.2. Dụng cụ...........................................................................................20 II.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 21 II.2.1. Phương pháp phân tích thành phần các cấu tử trong bentonit. ...........21 II.2.2. Phương pháp xác định sắt trong dung dịch. ......................................25 II.2.3. Phương pháp xác định hấp dung. .....................................................26 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Thực nghiệm xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch............................ 27 III.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của bentonit...... 28 III.2.1. Ảnh hưởng của pH. ........................................................................30 III.2.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy. .....................................................31 III.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ. ........................................31 III.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dung dịch hấp phụ và khối lượng bentonit. ....................................................................................................34 PHẦN III: KẾT LUẬN ......................................................................................... 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 36 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 3 DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ CÁC HÌNH I. Danh mục các bảng số liệu. Bảng 2.1: Thành phần hĩa học của bentonit Bình Thuận sơ khai. Bảng 2.2: Tĩm tắt số liệu xây dựng phương trình đường chuẩn Fe2+ bằng thuốc thử phenatrolin. Bảng 3.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ ion Fe2+. Bảng 3.2: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào pH của dung dịch. Bảng 3.3: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào thời gian khuấy khác nhau. Bảng 3.4: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào nồng độ của dung dịch Fe2+. Bảng 3.5: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào tỷ lệ Vl/mr khác nhau. II. Danh mục các hình. Hình 1.1. Mẫu bentonite Hình 1.2: Cơng thức khai triển khơng gian của montmorilonit lý tưởng Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc khơng gian montmorilonit. Hình 1.4: Vị trí của các nhĩm OH cĩ trong mạng lưới cấu trúc của bentonit Hình 1.5: Dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của L và C/L vào C Hình 1.6: Sự phụ thuộc giữa mật độ quang A vào nồng độ ion Fe2+ (mg/l) Hình 1.7: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào pH dung dịch Hình 1.8: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào thời gian khuấy. Hình 1.9: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào nồng độ Fe2+. Hình 1.10: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào tỷ lệ Vl/mr. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 4 PHẦN I: MỞ ðẦU I. Lý do chọn đề tài Nước cĩ vai trị rất quan trọng cho mọi sự sống trên trái đất, nĩ giúp cho con người, động vật trao đổi vận chuyển thức ăn, tham gia vào các phản ứng sinh hố học và các mối liên kết, cấu tạo trong cơ thể. ðối với cơ thể con người, nước là nguyên liệu chiếm tỉ trọng lớn nhất khoảng 60-65%. Ngồi ra, con người rất cần sử dụng nguồn nước trong các hoạt động sống như: cần một lượng nước rất lớn phục vụ cho nhu cầu tưới tiêu trong nơng nghiệp, sử dụng làm dung mơi và xúc tác cho các phản ứng trong sản xuất cơng nghiệp, tạo ra điện năng, nguồn nước sạch đáp ứng nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, v.v… Chính hoạt động của con người như: khai thác quặng khơng hợp lý, sự rị rỉ phĩng xạ, nước thải của các nhà máy,… làm cho nguồn nước nĩi chung và nước ngầm nĩi riêng ngày càng bị ơ nhiễm nặng nề. Hàm lượng các kim loại nặng và các chất phĩng xạ trong nước ngầm ngày càng tăng và vượt mức cho phép gây hậu quả nghiêm trọng đến đời sống động thực vật và con người. Vì vậy, trong việc bảo vệ mơi trường, bảo vệ sinh thái thì việc xử lý chất thải, chất độc làm giảm hàm lượng của chúng xuống dưới mức cho phép là một việc làm thiết thực cĩ lợi ích trực tiếp đến sức khoẻ của con người. Cĩ nhiều phương pháp làm giảm hàm lượng các kim loại trong nước thải, nước ngầm như phương pháp hố học, phương pháp điện hố, phương pháp kết tủa, phương pháp trao đổi, phương pháp nhiệt, phương pháp sinh học. Tuỳ từng kim loại, hàm lượng mà chúng ta cĩ thể sử dụng các phương pháp khác nhau hoặc kết hợp chúng với nhau sao cho hiệu quả cao nhất và kinh tế nhất. Trong nước sự cĩ mặt của sắt làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cơng nghiệp và sinh hoạt. Trong cơng nghiệp giấy sự cĩ mặt của sắt cũng sẽ làm giảm chất lượng giấy. Trong cơng nghiệp dệt, sắt ảnh hưởng đến khâu nhuộm và ăn màu. Trong cơng nghiệp thực phẩm (bia, rượu, nước ngọt, nước khống,…) gây ra màu, mùi lạ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Trong sinh hoạt, sự cĩ mặt của sắt làm giảm tác dụng của xà phịng, làm vàng quần áo,…và trong nước uống nếu hàm lượng sắt lớn cĩ thể gây ngộ độc. Chính vì thế chúng ta cần làm giảm hàm lượng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 5 của chúng trong nước xuống dưới mức cho phép nhằm mang lại lợi ích cho con người cũng như các sinh vật khác. Việc sử dụng các chất như bùn hoạt tính, than hoạt tính, silicagen, các khống sét để hấp phụ các kim loại làm giảm hàm lượng của chúng trong nước là một trong những phương pháp đã được biết đến từ lâu – phương pháp hấp phụ - và hay được sử dụng. Trong số các vật liệu hấp phụ dùng để xử lý mơi trường nĩi chung và xử lý kim loại nặng nĩi riêng thì bentonit là một trong những vật liệu được dùng nhiều. Bentonit được sử dụng nhiều vì nĩ sẵn cĩ, rẻ tiền và cĩ tính năng hấp phụ tốt. Theo một số báo cáo hiện cĩ, nước ta cĩ nguồn tài nguyên bentonit tương đối dồi dào, vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng bentonit để làm vật liệu hấp phụ là một việc làm thiết thực nhằm gĩp phần vào việc sử dụng nguồn tài nguyên của đất nước một cách hợp lý và cĩ hiệu quả. Sử dụng bentonit làm vật liệu hấp phụ để làm giảm hàm lượng của sắt trong nước nhằm giảm tác hại của chúng, đĩ cũng là một giải pháp phù hợp. ðĩ cũng chính là lý do mà tơi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion kim loại Fe2+ trên bentonit Bình Thuận” làm nội dung cho khố luận của mình. II. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu. o Mục tiêu: - Biết được cấu tạo và ứng dụng của bentonit. - Biết được các phương pháp hoạt hố bentonit. - Biết được quá trình hấp phụ các ion kim loại của bentonit. - Biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ của bentonit. o Nhiệm vụ: - Xác định khả năng hấp phụ ion Fe2+ của bentonit tự nhiên. - Tìm ra các điều kiện tối ưu của sự hấp phụ Fe2+ của bentonit. III. ðối tượng và phạm vi nghiên cứu. o ðối tượng nghiên cứu: mẫu bentonit Bình Thuận tự nhiên. o Phạm vi nghiên cứu: chỉ nghiên cứu sự hấp phụ ion Fe2+ trên bentonit Bình Thuận tự nhiên và một số yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp phụ đĩ. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 6 IV. Phương pháp nghiên cứu. o Phương pháp nghiên cứu lý thuyết. o Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. o Phương pháp nghiên cứu phân tích đánh giá. V. Giả thuyết khoa học. Nếu đề tài nghiên cứu thành cơng, kết quả nghiên cứu sẽ cĩ thể ứng dụng vào trong thực tiễn để loại bỏ kim loại sắt trong nước thải và nước sinh hoạt. VI. Lịch sử vấn đề nghiên cứu. Trước đây đã cĩ một số tác giả nghiên cứu về vấn đề này và các vấn đề cĩ liên quan như: 1. Lê Tự Hải (2008), Nghiên cứu quá trình biến tính Thuận Hải và ứng dụng hấp phụ ion Mn2+ trong nước, Tạp chí khoa học và cơng nghệ, Trường ðại Học ðà Nẵng – Số 3(26). 2. Phạm Trung Tính (2003), Nghiên cứu khả năng hấp thu một số ion kim loại nặng trên bentonit Di Linh – Lâm ðồng đã hoạt hố, khố luận tốt nghiệp, Trường ðại Học KHTN, Hà Nội. 3. Vương Văn Trường (2004), Khảo sát sự hấp thu các ion Mn2+ và Fe2+ trên bentonit trong dung dịch nước, khĩa luận tốt nghiệp, Trường ðại học KHTN, Hà Nội. 4. ðỗ Quý Sơn – Nghiên cứu khả năng ứng dụng các chất trao đổi ion trên cơ sở các Alumisilicat tự nhiên. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 7 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1. Giới thiệu về Bentonit.[7], [8] (a) (b) Hình 1.1. Mẫu bentonite (a) Mẫu quặng bentonite nguyên khai (b) Mẫu bentonite đã được nghiền phân cấp sơ bộ I.1.1. Thành phần hĩa học của Bentonit. Bentonit là loại khống sét tự nhiên, cĩ thành phần chính là montmorilonit. Vì vậy cĩ thể gọi bentonit theo thành phần chính là montmorilonit. Cơng thức đơn giản của montmorilonit Al2O3.4SiO2.nH2O ứng với nửa tế bào đơn vị cấu trúc. Cơng thức lý tưởng của montmorilonit là Si8Al4O20(OH)4 cho một đơn vị cấu trúc. Tuy nhiên thành phần của montmorilonit luơn khác với thành phần biểu diễn lý thuyết do cĩ sự thay thế đồng hình của các ion kim loại như Fe3+, Fe2+, Mn2+,… vào vị trí của Si4+ trong tứ diện SiO4 và của Al3+ trong bát diện AlO6. Như vậy thành phần hĩa học montmorilonit, ngồi sự cĩ mặt của Si, Al và O, ta cịn thấy cĩ sự xuất hiện của các nguyên tố khác như: Fe, Mg, Zn, Na, K, v.v…, trong đĩ tỷ lệ Al2O3 : SiO2 từ 1:2 đến 1:4. Ngồi thành phần chính là montmorilonit, trong bentonit thường cịn chứa một số khống sét khác như hectorit, saponit và một số khống vi sét như canxit, pirit, manhetit, các muối kiềm và một số chất hữu cơ khác. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 8 I.1.2. Cấu trúc của Montmorilonit. Trong cơng thức lý tưởng của montmorilonit, các nguyên tử Si nằm ở tâm mạng tứ diện, cịn các nguyên tử Al nằm ở tâm mạng bát diện (trong trường hợp mạng nhơm silicat là trung hịa điện). Cơng thức khai triển của montmorilonit được biểu diễn bởi hình 1.2. Hình 1.2: Cơng thức khai triển khơng gian của montmorilonit lý tưởng Do montmorilonit cĩ cấu trúc 2:1 dạng điocta nên cấu trúc lớp montmorilonit đã được hình thành từ hai mạng tứ diện liên kết với một mạng bát diện ở giữa, tạo nên một lớp nhơm silicat với các khe trống ở giữa. Các cation cĩ khả năng trao đổi bị hyđrat hĩa và các phân tử nước bị hấp thụ cĩ thể chiếm chỗ các khe trống giữa các lớp nhơm silicat. Chiều rộng của khe trống giữa các lớp cấu trúc cơ bản của montmorilonit là 9,6 0 A , chiều rộng đĩ cĩ thể bị thay đổi ít hay nhiều tùy thuộc vào số lượng, bản chất, kích thước của cation trao đổi và lượng nước hấp thụ, thường cĩ thể đến 15 0 A . Sơ đồ cấu trúc khơng gian mạng lưới trung hịa điện của montmorilonit được trình bày trên hình 1.3. Nếu các ion Si4+ trong tứ diện hay ion Al3+ trong bát diện bị thay thế đồng hình bởi các cation dương cĩ điện tích thấp hơn thì các phân mạng đĩ tích điện âm. Mức độ tích điện âm cao hay thấp tùy thuộc vào số lượng và bản chất của các cation thay thế. ðiện tích âm của mạng sẽ được bù trừ bằng các cation mang điện tích dương Na+, K+, Ca2+, Fe2+, Mn2+, v.v… ở khoảng khơng gian giữa các lớp. Như vậy khả năng trao đổi cation của montmorilonit là PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 9 tương đương với điện tích các lớp. Hình 1.3 sẽ cho thấy cấu trúc lớp của montmorilonit. Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc khơng gian montmorilonit. I.1.3. Các khả năng biến tính của Bentonit. I.1.3.1. Biến tính giữ nguyên cấu trúc của lớp nhơm silicat. Như đã đề cập ở trên, đặc trưng cơ bản của bentonit là tính chất trao đổi. Tính chất đĩ cĩ được là do sự thay thế đồng hình các ion Si4+ bằng Al3+ trong mạng tứ diện và thay thế ion Al3+ bằng Mg2+ trong mạng lưới bát diện, làm xuất hiện điện tích âm trong mạng lưới cấu trúc. Khả năng thay đổi mạnh hay yếu phụ thuộc vào lượng điện tích âm bề mặt và số lượng ion trao đổi. Nếu số lượng điện tích âm bề mặt càng lớn, số lượng cation trao đổi càng lớn thì dung lượng trao đổi của bentonit càng lớn. Khả năng trao đổi ion của nhơm silicat cịn phụ thuộc vào điện tích và bán kính cation trao đổi. ðiện tích cation càng thấp thì càng đẽ trao đổi hơn cation điện tích cao Me+ > Me2+ > Me3+. ðối với các cation cùng điện tích, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn, cĩ thể sắp xếp theo trật tự như sau: Li+ > Na+ > K+ > Cu2+ > Fe2+ > Al3+. 0,96nm Khoảng cách - d PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 10 Tuy nhiên khả năng trao đổi của nhơm silicat chủ yếu vẫn phụ thuộc vào điện tích âm bề mặt và lượng điện tích âm trong mạng lưới. Bentonit cĩ cấu trúc lớp xốp, gồm bề mặt trong và bề mặt ngồi. Khả năng trao đổi ion bề mặt ngồi phụ thuộc vào kích thước tinh thể, phụ thuộc vào sự đứt gãy liên kết và khuyết tật bề mặt. Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn. Khả năng trao đổi bề mặt trong phản ánh lượng điện tích âm trong mạng lưới và khả năng hấp phụ của bentonit. Nĩ phụ thuộc vào lượng cation bù trừ trong mạng lưới. Số lượng cation bù trừ càng lớn thì khả năng trao đổi càng lớn. Dung lượng cation dao động từ 80 ÷150 mgđl/100g. Dung lượng trao đổi anion dao động từ 15 ÷ 40 mgđl/100g. Ngồi ra, sự trao đổi ion của bentonit cịn liên quan đến sự thay thế các nguyên tử hydro trong các nhĩm hydroxyl của montmorilonit. Theo một số nghiên cứu, đỉnh của các tứ diện SiO4 hướng ra phía ngồi của lớp cấu trúc. Ở đỉnh này các nguyên tử của oxi bị thay thế bởi các nhĩm hydroxyl và các nhĩm này đảm nhiệm việc duy trì liên kết yếu giữa các lớp và gĩp phần vào sự cân bằng điện tích. Trong montmorilonit cịn cĩ các nhĩm hydroxyl nằm ở đỉnh các bát diện AlO6. Trong sáu đỉnh của bát diện cĩ hai đỉnh là nhĩm OH cịn bốn đỉnh kia là oxi (hình 1.3). Si OH O O O Al OH O O I II Si O O O O H Al O O O III Hình 1.4. Vị trí của các nhĩm OH cĩ trong mạng lưới cấu trúc của bentonit Trong đĩ nhĩm hydroxyl của liên kết Si – OH (hình 1.4.I) khơng cĩ khả năng trao đổi hydro, nhĩm hydroxyl trong liên kết Al – OH (hình 1.4.II) cĩ tính axit yếu nên khả năng trao đổi yếu. Nhĩm hydroxyl trong liên kết Si – O – Al (hình 1.4.III) cĩ tính trao đổi mạnh nên cĩ tính quyết định đến dung tích trao đổi cation H+. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 11 I.1.3.2. Biến tính làm biến đổi cấu trúc lớp nhơm silicat. Khống bentonit tự nhiên chứa nhiều tạp chất như các muối canxit (CaCO3), dolomit (MgCO3), một số oxit: Fe2O3, FeO, TiO2, v.v… và các tạp chất khác. Hoạt hĩa bentonit là dùng kiềm hoặc axit hịa tan một số oxit lưỡng tính như Al2O3, Fe2O3, để tạo trên bề mặt sét những lỗ xốp và trung tâm hoạt động. Việc sử dụng nồng độ kiềm hoặc axit cao cĩ khả năng hịa tan Al2O3 làm thay đổi cấu trúc bentonit. I.1.4. Tính chất cấu trúc hấp phụ. Chính vì bentonit cĩ cấu trúc lớp và độ phân tán cao cho nên nĩ cĩ cấu trúc xốp phức tạp và bề mặt riêng lớn. Cấu trúc lỗ xốp ảnh hưởng rất lớn đến tính chất hấp phụ của các chất, đặc trưng của nĩ là tính chất chọn lọc chất bị hấp phụ. Chỉ cĩ phân tử nào cĩ đường kính đủ nhỏ so với lỗ xốp thì mới chui vào được để tham gia vào quá trình hấp phụ. Dựa vào điều này người ta cĩ thể tiến hành hoạt hĩa sao cho cĩ thể dùng bentonit làm vật liệu tách chất. ðây cũng là điểm khác nhau giữa bentonit và các chất hấp phụ khác. Nhờ dư điện tích trên các nguyên tử của các nút mạng tinh thể cho nên bentonit là một chất hấp phụ phân cực và vì vậy nĩ sẽ ưu tiên hấp phụ các chất phân cực. Tuy nhiên, bentonit vẫn cĩ thể hấp phụ các chất khơng phân cực do lực wan der Walls và tương tác hấp phụ chủ yếu là tương tác cảm ứng. Bề mặt bentonit cĩ diện tích tương đối lớn bao gồm bề mặt ngồi và bề mặt trong. Bề mặt trong bao gồm bề mặt của các lớp nhơm silicat chồng lên nhau và được ngăn cách bằng các cation kim loại đền bù điện tích trên bề mặt bentonit. Bề mặt ngồi được xác định bởi bề mặt của các mao quản chuyển tiếp. Các mao quản này được tạo nên do sự tiếp xúc của các hạt bentonit và cĩ kích thước khoảng 40 ÷ 90 0 A . Diện tích của bề mặt ngồi phụ thuộc vào kích thước các hạt bentonit, hạt càng nhỏ thì diện tích bề mặt ngồi càng lớn. Khả năng trao đổi ion lớn cùng với khả năng hấp phụ tốt mà ta cĩ một loại vật liệu xử lý kim loại nặng rất hiệu quả từ bentonit. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 12 I.1.5. Khả năng hấp thu ion của Bentonit. I.1.5.1. Cơ chế hấp thu. Các ion kim loại cĩ thể được hấp thu trên bề mặt bentonit hoặc trong các khe giữa các lớp. Cơ chế hấp thu cĩ thể bao gồm cả cơ chế hấp thụ, hấp phụ vật lý và hấp phụ hố học. Bentonit cĩ thể hấp thu kim loại nặng theo hai các khác nhau: a. Hấp thu các cation vào khe giữa các lớp: Do bentonit cĩ cấu trúc lớp, lại cĩ thể cĩ sự thay thế các ion Al3+ và Si4+ trong mạng lưới của bentonit bằng các ion cĩ điện tích dương bé hơn làm cho mạng lưới mang điện tích âm. ðồng thời trên bề mặt của các lớp cĩ thể cĩ tồn tại các nhĩm – OH cĩ khả năng trao đổi ion H+ đối với các cation cĩ mặt trong dung dịch nước. Việc hấp thu các cation vào trong các khe giữa các lớp phụ thuộc vào kích thước của khe trống, kích thước của các cation, bản chất của cation. b. Hấp thu các ion lên trên bề mặt của các hạt bentonit: Trong trường hợp này, các cation cĩ tham gia hình thành các phức chất cầu nội thơng qua nhĩm Si – O- và Al – O- tại bề mặt của bentonit. Lúc này cĩ thể cĩ cả sự tự trao đổi ion và hấp phụ bằng lực van der Walls. Vì vậy dung lượng hấp thu trong trường hợp này phụ thuộc nhiều vào diện tích bề mặt của hạt bentonit. Cả hai kiểu hấp thu trên điều được thực hiện trong điều kiện mơi trường axit (pH < 4). - Nhiệt động học của quá trình hấp thu: Năng lượng tự do của sự hấp phụ riêng ∆G0 được tính tốn từ biểu thức: ∆G0 = ∆H0 – T∆S0 (1.1) Bởi vì quá trình hấp phụ là toả nhiệt nên quá trình hấp thu xảy ra tốt khi nhiệt độ thấp. Do ion kim loại được sonvat hố tốt vì vậy để cho ion kim loại được hấp phụ chúng phải mất một phần lớp vỏ hydrat hố của chúng. Quá trình đề hydrat hố này địi hỏi năng lượng. Năng lượng của quá trình đề hydrat hố được cung cấp bởi sự hấp phụ toả nhiệt. Sự loại bỏ nước khỏi ion là quá trình thu nhiệt, dường như sự PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 13 thu nhiệt của quá trình đề sonvat hố vượt quá nhiệt độ do sự hấp phụ phát ra nên giá trị năng lượng tự do ∆G0 âm, quá trình hấp phụ là tự diễn biến. I.1.5.2. Khả năng hấp thu – ðối tượng bị hấp thu. Do bentonit là vật liệu xốp cĩ cấu trúc lớp, chúng cĩ các diện tích bù trừ trong mạng lưới nên cĩ khả năng hấp thu các ion kim loại. Khả năng hấp thu của bentonit phụ thuộc vào điện tích âm bề mặt và lượng cation bù trừ trong mạng lưới. Bentonit cĩ thể hấp thu tốt các ion kim loại nặng, khả năng hấp thu đối với các ion là khác nhau. Nĩ phụ thuộc vào điện tích và bán kính ion. Ion cĩ hố trị thấp dễ trao đổi hơn các ion hố trị cao. Ion cùng hố trị, bán kính càng nhỏ thì khả năng trao đổi càng lớn. I.1.5.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu các ion kim loại nặng. a. Ảnh hưởng của pH. pH của dung dịch nước là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hấp phụ của kim loại trên bentonit. Sự hấp phụ của kim loại giảm khi pH giảm thấp vì nhĩm Si – O- và Al – O- được nhận nhiều hơn một proton, vì vậy chúng lưu giữ kim loại kém hơn. Tác động này mạnh đối với Cu, Pd, Cd và kém rõ rệt đối với những kim loại khác. Nhưng nếu pH cao quá nĩ sẽ làm giảm bề mặt tích điện âm trên bentonit, mà sự hấp thu xảy ra chủ yếu do sự thu hút ion kim loại của các bề mặt điện tích âm này nhờ lực culong. Khi pH tăng quà cao (pH > 5) dung lượng điện tích âm trên bề mặt của bentonit giảm đi, dẫn đến khả năng hấp phụ kém đi. Theo khảo sát pH thích hợp để hấp phụ tốt nhất là 4. b. Ảnh hưởng của nhiệt độ. Nhiệt độ ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ kim loại: Bởi vì quá trình hấp phụ là tỏa nhiệt nên khi nhiệt độ tăng thì khơng cĩ lợi cho quá trình hấp phụ, sự hấp phụ thuận lợi khi nhiệt độ thấp, nhưng các ion kim loại trong dung dịch nước bị bao phủ bởi các lớp sonvat, vì vậy để hấp phụ lớp sonvat này phải bị phá vỡ, quá trình phá vỡ này thuận lợi khi nhiệt độ tăng. Như vậy trong quá trình hấp phụ nhiệt độ cĩ ảnh hưởng trái ngược nhau, tăng nhiệt độ thì thuận lợi cho sự phá vỡ lớp sonvat bao bọc ion, làm dễ dàng hơn cho sự hấp phụ ion, nhưng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 14 lại khơng thuận lợi về mặt nhiệt động học của quá trình hấp phụ. Cịn nếu nhiệt độ thấp thì quá trình hấp phụ thuận lợi về mặt động học nhưng nếu mà nhiệt độ thấp quá thì lớp sonvat bao bọc kim loại khơng bị phá vỡ nên sự hấp phụ khĩ xảy ra. Cho nên trong quá trình hấp phụ nhiệt độ cần phải cĩ giá trị thích hợp để cho sự hấp phụ xảy ra tốt nhất. c. Ảnh hưởng của thời gian. Thời gian cĩ ảnh hưởng mạnh đến dung lượng hấp phụ của bentonit. Với nồng độ và thể tích của ion kim loại, khối lượng của bentonit xác định đến khoảng thời gian nào đĩ dung lượng của bentonit khơng thay đổi. Khi đĩ ta cĩ hấp dung cực đại, thời gian đĩ gọi là thời gian cân bằng hấp phụ được thiết lập, nĩ phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, pH, nồng độ chất điện ly, khối lượng chất hấp phụ, thể tích dung dịch hấp phụ. d. Ảnh hưởng của kích thước hạt, điều kiện khuấy trộn. Sự hấp phụ tăng với sự tăng diện tích bề mặt, tức là diện tích tiếp xúc giữa ion kim loại và chất hấp phụ. Vì vậy để cho sự hấp phụ đạt kết quả tốt kích thước hạt phải thật nhỏ, mịn. Mặt khác ta biết rằng bentonit là khống sét nĩ cĩ đặc điểm là dẻo và dính nên trong dung dịch nĩ thường bám kết với nhau, làm giảm khả năng hấp phụ, vì vậy phải tiến hành khuấy để chúng phân tán làm cho sự tiếp xúc giữa ion và bentonit tốt hơn. e. Ảnh hưởng của tỷ lệ R/L. Tỷ lệ khối lượng của chất hấp phụ và thể tích của dung dịch hấp phụ ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của ion kim loại trên bentonit với mỗi kim loại cĩ một tỷ lệ xác định và tối ưu, phụ thuộc vào nồng độ của ion kim loại, bản chất của chất hấp phụ, nhiệt độ, nồng độ các chất điện ly và thời gian hấp phụ. f. Ảnh hưởng của các chất điện ly. Ảnh hưởng của chất điện ly đối với sự hấp phụ của bentonit với các ion khác nhau là khác nhau. Nhưng, nĩi chung nồng độ các chất điện ly trong dung dịch tăng thì khả năng hấp phụ bị giảm đi. Do sự tạo phức của các chất điện ly với các ion kim loại, sự thủy phân, ảnh hưởng đến khuếch tán của các ion kim loại. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 15 I.2. Những ứng dụng chủ yếu của Bentonit. Do cĩ khả năng hấp phụ tốt nhiều chất vơ cơ và hữa cơ, nên bentonit cĩ nhiều ứng dụng khá đa dạng và phong phú trong sự phát triển của xã hội. I.2.1. Bentonit dùng làm chất hấp phụ. Bentonit được dùng rộng rãi trong nhiều ngành cơng nghiệp với vai trị là chất hấp phụ. Trong cơng nghiệp lọc dầu, lượng bentonit được sử dụng khá lớn, bao gồm bentonit tự nhiên và bentonit đã hoạt hĩa. Lượng bentonit tự nhiên tiêu tốn cho quá trình lọc dầu là 25% khối lượng dầu phải lọc cùng với một lượng bentonit đã hoạt hĩa bằng 10% khối lượng dầu. Trong cơng nghiệp tinh chế dầu thực vật để sản xuất dầu ăn, mỡ, bơ, xà phịng, việc sử dụng bentonit làm chất hấp phụ là ưu việt hơn hẳn phương pháp cũ là phương pháp rửa kiềm. Lượng bentonit mất đi trong quá trình tinh chế chỉ bằng 0,5% lượng dầu được tinh chế. Ngồi ra phương pháp dùng bentonit cịn cĩ mức hao phí dầu thấp do tránh được phản ứng thủy phân. Trong cơng nghiệp điều chế than cốc phục vụ cho cơng nghiệp luyện kim, bentonit được sử dụng để tinh chế benzen thơ và các bán sản phẩm khác. Nhờ cĩ đặc điểm hấp phụ đặc biệt tốt, bentonit cịn được sử dụng rộng rãi để sản xuất nhiên liệu lỏng tổng hợp, sản xuất các chất màu, sản xuất các vitamin,.v.v… I.2.2. Bentonit dùng để chế tạo dung dịch khoan. Bentonit cĩ thể tạo ra các dung dịch khoan với chất lượng đặc biệt cao và chí phí nguyên liệu thấp. Vì thế, cùng với việc phát triển của ngành thăm dị và khai thác dầu, lượng bentonit sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan ngày càng tăng. Ngày nay ở Mỹ, lượng bentonit sử dụng cho việc chế tạo dung dịch khoan chiếm tới 40% tổng sản lượng bentonit của nước này. I.2.3. Bentonit dùng làm chất độn. Trong cơng nghiệp sản xuất các vật liệu tổng hợp. Một lượng lớn bentonit dùng cho cơng nghiệp xà phịng, cơng nghiệp sản xuất vải sợi. Việc sử dụng bentonit trong vài thập kỷ gần đây cũng đã làm thay đổi đáng kể ngành cơng nghiệp giấy. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 16 Trước kia giấy thường chứa xấp xỉ 55% xenlulo và hàm lượng caolin nguyên chất cĩ trong giấy khơng thể vượt quá 45%. Nếu trộn thêm 10% bentonit kiềm (cation trao đổi là kim loại kiềm, chủ yếu là Na+) vào caolin thì cĩ thể nâng hàm lượng chất độn này lên tới 60%. Nếu trộn thêm 20% bentonit kiềm thì hàm lượng chất độn cĩ thể nâng lên đến 64% và nếu dùng 100% bentonit thì chất độn lên tới 84%, nghĩa là giảm lượng xenlulo cần cĩ trong giấy đi ba lần. I.2.4. Bentonit dùng trong cơng nghiệp rượu bia. Việc sử dụng bentonit hoạt hĩa làm chất hấp phụ đã làm giảm 30% đến 40% chi phí cơng nghiệp chế biến rượu vang và các chế phẩm từ rượu vang. Bentonit cĩ khả năng hấp phụ khơng chỉ các axit hữu cơ, các chất béo, các sản phẩm phụ khơng mong muốn trong quá trình lên men mà cịn cả ion sắt và đồng là những tác nhân gây ra bệnh hả rượu. Ưu điểm đặc biệt trong quá trình xử lý với chất hấp phụ là bentonit là hương vị riêng của rượu khơng bị mất đi. I.2.5. Bentonit dùng trong cơng nghiệp tinh chế nước. Ở nhiều vùng chưa cĩ nhà máy nước trên thế giới, việc sử dụng bentonit để làm sạch các nguồn nước mặt, như nước sơng ngịi, kênh mương và các nguồn giếng khoan cĩ ý nghĩa thực tiển quan trọng. Bentonit khơng những cĩ khả năng làm kết tủa các vẩn đục, thay cho việc dùng phèn đắt hơn nhiều, mà nĩ cịn cĩ khả năng hấp phụ một loạt các ion gây độc và một lượng lớn các vi khuẩn, chất hữu cơ cĩ trong nước. Bentonit là một chất trao đổi cĩ trong tự nhiên, nĩ cĩ khả năng khử tính cứng của nước với giá thành tương đối rẻ. Khả năng lắng cạn lơ lửng trong nước, đồng thời với tác dụng trao đổi ion và hấp phụ chất hữu cơ, trong đĩ cĩ các vi khuẩn gây bệnh tạo ra giá trị đặc biệt của bentonit trong cơng nghệ xử lý nước. I.2.6. Một số ứng dụng khác. Cũng từ các đặc tính của bentonit là tính trương nở mạnh, tính dẻo người ta cịn sử dụng bentonit trong các cơng trình thủy lợi như đê điều mương máng và những cơng trình phịng thủ bằng đất. Với khả năng chịu được nhiệt độ cao, bentonit được dùng làm tác nhân liên kết trong sản xuất đạn và làm khuơn đúc. ðặc biệt bentonit cịn được dùng làm phụ gia trong thức ăn tiêu hĩa cho động vật, với vai trị tăng PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 17 thời gian lưu trữ thức ăn trong cơ quan tiêu hĩa giúp tiêu hĩa thức ăn và điều tiết axit. Bentonit cịn được sử dụng làm chất chống ẩm bằng cách sấy khơ và do đặc tính hút ẩm trở lại mà cĩ ứng dụng này (bentonit cĩ khả năng hấp phụ lượng nước lớn gấp khoảng 10 lần khối lượng của chúng). Do những ứng dụng phong phú của bentonit mà trên thế giới người ta cĩ nhu cầu khai thác và sử dụng bentonit rất lớn. Năm 1995 lượng sản phẩm từ bentonit được ước lượng tương đối chính xác là 9,8 triệu tấn, trong đĩ Mỹ là nước sử dụng bentonit thuần Na nhiếu nhất. Các nước khác như Hy Lạp, Thổ Nhĩ Kỳ, ðức, Australia cùng với Mỹ tiêu thụ khoảng 84% tổng sản lượng bentonit trên tồn thế giới, trong đĩ Australia đĩng gĩp một nữa số này. Năm 1985, tổng sản lượng bentonit và sét được ước tính vào khoảng 1452 triệu tấn sét dùng để hồ vải. Giá thành của bentonit vào năm 1997 ÷ 1998 là vào khoảng 98 USD/tấn, sau đĩ, do nhu cầu thay đổi hàng năm mà giá bentonit dao động từ 50 ÷ 250 USD/tấn. Việt Nam cĩ các mỏ cĩ trử lượng lớn như Tam Bố – Di Linh – Lâm ðồng, Thuận Hải – Bình Thuận, ở Gia Quỳ – Long ðất – ðơng Nai. Trong đĩ mỏ Tam Bố – Di Linh – Lâm ðồng được ước tính cĩ trữ lượng lên tới 24.106 m3 và đã được tiến hành thăm giị tỷ mỷ, đã bắt đầu khai thác quy mơ cơng nghiệp. I.3. Hoạt hĩa Bentonit. Bentonit tự nhiên đã là một chất hấp phụ trao đổi, nhưng để nâng cao tính hấp phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác người ta cần tìm cách làm tăng bề mặt của nĩ. Tất cả các cách làm với mục đích như vậy được gọi là sự hoạt hĩa bentonit. Cĩ nhiều phương pháp hoạt hĩa hĩa bentonit, áp dụng cho từng loại bentonit và mục đích hoạt hĩa, nhưng cĩ ba phương pháp chính là: hoạt hĩa bằng kiềm, hoạt hĩa bằng nhiệt và hoạt hĩa bằng axit vơ cơ. I.3.1. Hoạt hĩa bằng nhiệt. Nguyên tắc của phương pháp này là dùng nhiệt để tách nước liên kết ra khỏi mạng lưới tinh thể của đất sét và đốt cháy các chất bẩn, chất mùn trong đĩ, đồng thời làm rạn nứt một phần các tinh thể để tạo thành trong mạng lưới đất sét những khe rãnh làm tăng bề mặt và tăng độ xốp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 18 Nước liên kết bắt đầu bị tách ra ở ngay nhiệt độ thấp (gần 1100C) và đến khoảng 2000C thì cĩ thể tách ra hồn tồn. Tuy vậy, khi hoạt hĩa bentonit bằng nhiệt, khơng được đun đến nhiệt độ quá cao vì ở nhiệt độ cao bentonit sẽ bị giảm khả năng hấp phụ và tẩy trắng. ðối với mỗi loại đất sét thì cĩ khoảng nhiệt độ thích hợp riêng, thường từ khoảng 110 ÷ 1500C. I.3.2. Hoạt hĩa bằng kiềm. Dùng kiềm hịa tan một số oxit lưỡng tính như: Al2O3, Fe2O3 để tạo trên bề mặt những lỗ xốp và trung tâm hoạt động. Tuy nhiên, một số liên kết nhơm silicat bị đứt tạo cấu trúc khác và một số chất khác khơng bị hịa tan bị loại do sa lắng. Mặt khác, khi hàm lượng kim loại kiềm lớn thì hoạt tính xúc tác của nhơm silicat giảm do ion Na+ đầu độc các tâm axit. Do vậy, phương pháp hoạt hĩa bằng kiềm ít được sử dụng, chỉ trong những trường hợp đặc biệt nào đĩ người ta mới sử dụng phương pháp này. I.3.3. Hoạt hĩa bằng axit vơ cơ. ðây là phương pháp hoạt hĩa bentonit hiệu quả nhất nên thường được sử dụng một cách rộng rãi trong thực tế. Trong quá trình hoạt hĩa bentonit bằng axit, người ta cĩ thể dùng các axit vơ cơ thơng dụng như: HCl, HNO3, H2SO4. Trong những axit đĩ thì tác dụng của HCl cĩ khả năng hoạt hĩa mạnh nhất, vì ngồi khả năng hịa tan các oxit kim loại nĩ cịn khả năng hịa tan một phần SiO2 ở nhiệt độ cao. Tuy vậy, HCl dễ bay hơi nên gây khĩ khăn cho thao tác hay điều chỉnh nhiệt độ. Tuy vậy, lợi dụng chính điểm yếu này mà người ta sáng chế một dây chuyền hoạt hĩa bentonit bằng HCl, trong đĩ cho phép thu hồi và tái sử dụng HCl để làm giảm chi phí, tăng hiệu quả kinh tế. Khả năng hấp phụ, tẩy trắng và hoạt tính xúc tác của bentonit đã hoạt hĩa phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt hĩa như: bản chất axit hoạt hĩa, nồng độ axit dùng cho hoạt hĩa, thời gian hoạt hĩa, tỷ lệ bentonit trên axit, nhiệt độ hoạt hĩa, độ phân tán của bentonit,v.v… Mỗi yếu tố đều cĩ ảnh hưởng nhất định đến chất lượng bentonit hoạt hĩa. ðể nghiên cứu ảnh hưởng của một yếu tố nào đĩ người ta thường dùng phương pháp cơ lập, nghĩa là cố định các yếu tố cịn lại. ðối với mỗi loại bentonit và với mỗi mục đích người ta sẽ tìm PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 19 thấy một điều kiện thích hợp nhất để hoạt hĩa bentonit một cách tối ưu nhất để cho nĩ cĩ khả năng hấp phụ tốt nhất. I.3.4. Phương pháp khác. Hoạt hĩa bằng chất hữu cơ: ta biết rằng đất sét thơng thường ở điều kiện tự nhiên hay hoạt hĩa bằng chất vơ cơ thường hấp phụ chất ơ nhiễm vơ cơ, nhờ vào khả năng biến đổi của nĩ với chất vơ cơ. Nhưng ngày nay chất ơ nhiễm hữu cơ ngày càng nhiều do sự phát triển của khoa học kỹ thuật., nhiều ngành cơng nghiệp, giao thơng vận tải,v.v… Vì vậy, để hấp phụ các chất hữu cơ ta phải tiến hành hoạt hĩa đất sét với chất hữu cơ. Chất hữu cơ ở đây thường dùng là chất hoạt động bề mặt. Khi đất sét được hoạt hĩa bằng chất hữu cơ nĩ tạo trên bề mặt của đất một lớp bao phủ tối ưu của chất hữu cơ trên bề mặt đất sét. Vì vậy, nĩ cĩ khả năng biến đổi với các chất hữu cơ. Với sự hoạt hĩa với chất hữu cơ thích hợp, nĩ cĩ thể tạo ra một chất hấp phụ đồng thời chất hữu cơ và vơ cơ mà khơng cĩ sự cạnh tranh, bởi và chúng được hấp phụ đồng thời lên lớp bề mặt. Kim loại khơng những đi vào mạng lưới của bentonit nhờ những khoảng trống chưa bị che lấp bởi những chất hữu cơ, mà chúng cịn tạo liên kết với những nhĩm chức của chất hữu cơ. Tuy nhiên hạn chế là chất hoạt động bề mặt khơng cĩ nhiều trong cơng nghiệp. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 20 Trong bản khĩa luận này, chúng tơi đặt nặng nghiên cứu một số nội dung thực nghiệm sau: - ðối tượng nghiên cứu: mẫu bentonit Bình Thuận tự nhiên - Quặng được phơi khơ, đập, nghiền nhỏ, rồi hịa vào nước, khuấy liên tục trong hai giờ, để yên rồi lắng gạn lấy huyền phù bên trên, loại bỏ cát, sỏi, tạp chất cơ học ở dưới. Huyền phù thu được được lọc, sau đĩ phơi khơ, nghiền nhỏ, sấy khơ. Cỡ hạt quặng sau khi nghiền cĩ kích thước là khoảng nhỏ hơn 150µm. - Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu ion kim loại Fe2+ của bentonit tự nhiên. CHƯƠNG II: KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM II.1. Hĩa chất và dụng cụ. II.1.1. Hố chất. - Axit sunfuric (H2SO4). - Tinh thể muối Mohr Fe (NH4)2 (SO4)2.6H2O - Thuốc thử phenatrolin. - Muối KNO3. - Một số hĩa chất khác phục vụ cho nhu cầu phân tích định lượng ion Fe2+. - Mẫu bentonit Bình Thuận tự nhiên đã được nghiền nhỏ. II.1.2. Dụng cụ. - Cân phân tích Trung quốc (độ chính xác 0.1mg). - Máy đo quang Motic – đo mật độ quang với tín hiệu 3 số lẻ sau dấu phẩy, cuvet cĩ bề dày 1,001cm. - Máy khuấy từ + con từ. - Bình tam giác: 250ml. - Bình định mức 100ml. - Bình định mức 10ml. - Các loại máy mĩc thiết bị, dụng cụ thơng dụng khác cần thiết cho quá trình thí nghiệm cĩ trong phịng thí nghiệm. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 21 II.2. Phương pháp nghiên cứu. II.2.1. Phương pháp phân tích thành phần các cấu tử trong bentonit. [7], [8] a. Xác định hàm lượng SiO2. Phá mẫu bentonit nung một phần bentonit với năm phần hỗn hợp chảy (4 K2CO3 + 5 Na2CO3) trong chén sứ platin ở 9000C khoảng 30 phút lấy ra để nguội, sau đĩ dùng HCl đặc kết tủa SiO42- về dạng SiO2.H2O. Cơ đặc dung dịch làm đơng tụ keo. Lọc rửa kết tủa bằng HCl loảng và nước cất trong điều kiện nĩng, nung kết tủa trong là nung ở 8500C trong một giờ, để nguội cân nhanh kết tủa. Cơng thức để tính hàm lượng silic cĩ trong bentonit như sau: 2 a%SiO = .100 g (2.1) Trong đĩ: - a: là lượng kết tủa sau khi nung (g). - g: là lượng mẫu lấy phân tích (g). b. Xác định hàm lượng Fe2O3. ðể xác định hàm lượng Fe2O3 ta cĩ thể dùng phương pháp thể tích. Cách tiến hành như sau: Lấy nước lọc và rửa của quá trình xác định SiO2 đem định mức, lấy một thể tích (V) để thêm H2O2 để chuyển Fe2+ thành Fe3+, đun sơi để loại H2O2 dư. 2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O Thêm axit sunfosalixilic, điều chỉnh pH đến 1,5 hoặc 2, dung dịch cĩ màu đỏ xẫm của phức sắt sunfosalixilic. Fe3+ + sul- → Fesul2+ Vì EDTA tạo phức với Fe3+ bền hơn phức của Fe3+ với axit sunfosalixilic. Fe3+ + H2Y2- → FeY- + 2H+ Màu vàng nhạt %Fe2O3 = (mđlg Fe2O3.(C.V)EDTA.V1.100)/V.g (2.2) mđlg 2 3Fe O2 3 3 M Fe O = 4.10 = 0,04 (g) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 22 Trong đĩ: - (C.V)EDTA: nồng độ (N) và thể tích (ml) của EDTA. - V1: thể tích khi định mức (ml). - V: thể tích lấy để chuẩn (ml). c. Xác định hàm lượng Al2O3. Dùng phương pháp thể tích chuẩn độ ngược bằng EDTA. - Nguyên tắc: Al3+ tạo phức với EDTA tạp pH = 7 hoặc 8 cịn Fe3+ tạo phức với EDTA trong khoảng pH từ 1 đến 9. Vì vậy cĩ thể tiến hành chuẩn độ ở pH = 7. - Cách tiến hành: Lấy dung dịch sau khi đã chuẩn độ Fe3+, cho dư EDTA cĩ nồng độ xác định, điều chỉnh pH = 7, đun nĩng đến 700C, lắc kỹ cho Al3+ tạo phức hết. Sau đĩ chuẩn độ lượng EDTA dư với chỉ thị xylen da cam bằng dung dịch Zn(CH3COO)2. Từ thể tích EDTA tiêu tốn cho dư chính xác ta cĩ. %Al2O3 = mđlg Al2O3 ((C.V)EDTA – (C.V)Zn(Ac)2).V1.100/V.g (2.3) Trong đĩ: (C.V)Zn(Ac)2 là nồng độ (N) và thể tích (ml) dung dịch Zn(CH3COO)2 tiêu tốn. mđlg Al2O3 = 102/4.103 = 0,026 (g) d. Xác định hàm lượng MgO và CaO. Dùng nước lọc và rửa trong quá trình xác định SiO2 tách Fe và Al ra khỏi dung dịch bằng dung dịch NH3. Fe3+ + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3NH4+ Al3+ + 3NH3 + 3H2O → Al(OH)3 + 3NH4+ Dung dịch phản ứng được đun sơi đến 700C, lọc rửa kết tủa bằng dung dịch NH4NO3 lỗng. Lấy dung dịch nước lọc để xác định Ca2+ và Mg2+. Vì Ca2+ tạo phức với EDTA ở pH từ 2 – 11 cịn Mg2+ tạo phức ở pH = 10 nên trước hết ta chuẩn riêng Ca2+ ở pH = 2 chỉ thị murexit đỏ. % CaO = mđlgCaO.(C.V)EDTA.V1.V2.100/g.v1.v2 (2.4) mđlgCaO = 56/2000 = 0,028 (g) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 23 Trong đĩ: - V1 là thể tích định mức lần một (ml). - V2 là thể tích định mức lần hai (ml). - v1 là thể tích lấy từ V1 đem kết tủa Fe và Al. - v2 là thể tích lấy từ V2 đem chuẩn. Cũng lấy một lượng bằng v2 từ V2 đem chuẩn tổng Mg2+ và Ca2+ bằng EDTA với chỉ thị ETOO trong mơi trường đệm dung dịch NH3 + NH4Cl. Trước hết dùng dung dịch NaOH 20% điều chỉnh pH về 10 rồi dùng đệm chỉnh về 10,6. Hàm lượng MgO tính theo cơng thức. %MgO = mđlgMgO.(C.(VEDTA2 – VEDTA1).V1.V2.100/g.v1.v2 (2.5) mđlgMgO = 40/2000 = 0,020 (g) Trong đĩ: - C là nồng độ EDTA (N) - VEDTA2 là thể tích EDTA tiêu tốn cho phép chuẩn độ với chỉ thị ETOO. - VEDTA1 là thể tích EDTA tiêu tốn cho phép chuẩn độ với chỉ thị murexit. * Bảng 2.1: Thành phần hĩa học của bentonit Bình Thuận. Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO K2O Na2O MKN Hàm lượng (%) 64,5 11,5 5,00 0,75 2,45 2,3 1,50 2,5 9,5 II.2.2. Phương pháp xác định sắt trong dung dịch. [3], [6] Dùng phương pháp trắc quang để xác định vì phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác và nhanh chĩng. - Nguyên tắc của phương pháp: Do ion Fe2+ dễ tạo phức với thuốc thử 1,10 – phenantrolin (cịn gọi là 0- phenantrolin) theo phản ứng sau: Fe2+ + phen → Fe(phen)3 Phức tạo thành cĩ màu đỏ cĩ cực đại hấp thụ ở bước sĩng λ = 510nm, độ hấp thụ quang tỷ lệ với nồng độ ion Fe2+. - Lập phương trình đường chuẩn: PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 24 Lần lượt cho vào 4 bình định mức cỡ 10ml các thể tích dung dịch sau: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 ml dung dịch chuẩn Fe2+ nồng độ 10-4M, cho vào 5 bình định mức cỡ 10ml tiếp theo các thể tích dung dịch sau: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 ml dung dịch chuẩn Fe2+ nồng độ 10-3M. Thêm vào mỗi bình một thể tích dung dịch thuốc thử phenatrolin gấp 4 lần thể tích dung dịch chuẩn Fe2+ cĩ nồng độ đúng bằng nồng độ dung dịch chuẩn Fe2+ tương ứng, 1ml dung dịch KNO3 1M, 1ml dung dịch đệm axetat 1M. Sau đĩ dùng nước cất định mức đến vạch, lắc đều, để khoảng 30 phút và tiến hành đo mật độ quang ở bước sĩng = 510nmλ với cuvet dày 1 cm. Cĩ thể tĩm tắt bằng bảng 2.2 Bảng 2.2: Tĩm tắt số liệu xây dựng phương trình đường chuẩn Fe2+ bằng thuốc thử phenatrolin. C (Fe2+) ban đầu 10-4M 10-3M STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V(Fe2+) (ml) 0,01 0,02 0,04 0,08 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 V(phen) (ml) V(phen) ≈ 4V(Fe2+) V(KNO3) (ml) 1 Dd đệm (ml) 1 C(Fe2+) (mg/l) 0,056 0,112 0,224 0,448 0,560 1,120 1,680 2,240 2,800 Từ kết quả thực nghiệm thu được, chọn vùng cĩ nồng độ của Fe2+ trong đĩ độ hấp phụ của dung dịch tuân theo định luật Bia. ðồ thị thu được sẽ được sử dụng làm đường chuẩn xác định nồng độ ion Fe2+ trong dung dịch cần phân tích. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang (mật độ quang), cĩ thể xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch theo cơng thức sau: *C .10X = V (2.6) Trong đĩ: - X là hàm lượng sắt (mg/l). PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 25 - C* là nồng độ sắt tìm từ phương trình đường chuẩn (mg/l). - V là thể tích dung dịch Fe2+ đã lấy. II.2.3. Phương pháp xác định hấp dung. [2], [8] a. Phương pháp xác định hấp dung. Thí nghiệm xác định hấp dung của bentonit đối với ion Fe2+ được tiến hành như sau: Dung dịch Fe2+ cĩ nồng độ 0,9g/l được chuẩn bị bằng cách hịa tan một lượng chính xác muối mohr (Fe (NH4)2 (SO4)2) vào nước cất rồi axit hĩa bằng axit sunfuric đến pH = 4. Cân một lượng khoảng 2g bentonit cho vào bình nĩn chứa 50ml dung dịch muối sắt trên. Sau khi cân mẫu bentonit cần xác định độ ẩm của mẫu để tính chính xác lượng bentonit cho vào. Các bình được đậy kín và được khuấy trên máy khuấy từ với tốc độ 240 vịng/phút trong thời gian 3h. Sau đĩ lấy ra lọc trên phễu thủy tinh. Các dung dịch đầu và các dịch lọc tương ứng được đem phân tích trắc quang theo phương pháp nêu trên. Thí nghiệm tiến hành ở nhiệt độ phịng. Lượng ion kim loại được hấp phụ bởi bentonit được xác định từ sự trên lệch nồng độ trước và sau hấp phụ. Dung lượng hấp phụ được tính theo cơng thức sau: 0(C C).Va = m − (2.7) Trong đĩ: - a là dung lượng hấp phụ của bentonit (mg/g) - C0 là nồng độ ion kim loại trong dung dịch đầu (g/l) - C là nồng độ của ion kim loại khi cân bằng được thiết lập (g/l) - m là khối lượng bentonit dùng để hấp phụ (g) - V là thể tích dung dịch kim loại được hấp phụ (ml) b. Xử lý số liệu hấp phụ đẳng nhiệt theo phương trình Langmuir. Cĩ nhiều phương trình hoặc thực nghiệm hoặc lý thuyết đã được đưa ra để mơ tả sự hấp phụ như phương trình Frenlich, phương trình Langmuir, phương trình Gip, phương trình Sitkơki, ở đây chúng tơi sử dụng phương trình Langmuir để tính tốn các thơng số vì nĩ đơn giản và phù hợp với số liệu thực nghiệm. Phương trình Langmuir: a.b.CL = 1 + b.C (2.8.1) PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 26 Trong đĩ: - L là lượng chất bị hấp phụ trên 1g chất hấp phụ mg/g. - a là lượng chất bị hấp phụ cực đại (mg/g). - b là hằng số. - C là nồng độ lúc cân bằng (mg/l). Dạng đồ thị của phương trình Langmuir: Phương trình Langmuir cĩ thể viết thành a.CL = C + 1/b (2.8.2) Nếu C << 1/b tức là nồng độ rất nhỏ thì L = a.b.C, nghĩa là L tỷ lệ bậc nhất vào C, đường biểu diễn là đường thẳng. Nếu C >> 1/b thì L = a, nghĩa là đại lượng hấp phụ là hằng số, đường biểu diễn là đường thẳng song song với trục hồnh. Vùng nồng độ trung gian đường biểu diễn là đường cong. L (mg/g) C/L α M C(g/l) C (g/l) Hình 1.5: Dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của L và C/L vào C ðể tính tốn các thơng số ta viết phương trình dưới dạng khác: a.b.C 1 b.C L C 1 1 L b.a a = + = + (2.8.3) Theo phương trình này C/L phụ thuộc bậc nhất vào C đường biểu diễn cắt trục tung tại M, ta cĩ: OM = 1/a.b và tgα = 1/a. Từ hai phương trình này, cĩ thể tính được các thơng số, từ đĩ đánh giá khả năng hấp phụ quang a. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 27 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Thực nghiệm xác định nồng độ Fe2+ trong dung dịch. Dùng phương pháp trắc quang để xác định vì phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác và nhanh chĩng. Quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau: Lần lượt cho vào 4 bình định mức cỡ 10ml các thể tích dung dịch sau: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8 ml dung dịch chuẩn Fe2+ nồng độ 10-4M, tương tự cho vào 5 bình định mức cỡ 10ml tiếp theo các thể tích dung dịch sau: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 ml dung dịch chuẩn Fe2+ nồng độ 10-3M. Thêm vào mỗi bình một thể tích dung dịch thuốc thử phenatrolin gấp 4 lần thể tích dung dịch chuẩn Fe2+ cĩ nồng độ đúng bằng nồng độ dung dịch chuẩn Fe2+ tương ứng, 1ml dung dịch KNO3 1M, 1ml dung dịch đệm axetat 1M. Sau đĩ dùng nước cất định mức đến vạch, lắc đều, để khoảng 30 phút và tiến hành đo mật độ quang ở bước sĩng = 510nmλ với cuvet dày 1 cm. Kết quả khảo sát sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang (A) của dung dịch vào nồng độ ion Fe2+ trong dung dịch được đưa ra trong bảng 3.1 và hình 1.6. Bảng 3.1: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng độ ion Fe2+. STT Fe2+ (mg/l) A 1 0,056 0,016 2 0,112 0,037 3 0,224 0,052 4 0,448 0,092 5 0,560 0,108 6 1,120 0,202 7 1,680 0,303 8 2,240 0,402 9 2,800 0,527 Từ kết quả trong bảng 3.1 ta cĩ thể xây dựng phương trình đường chuẩn như hình 3.1. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 28 y = 0.1799x + 0.0085 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 1 2 3 Nồng độ Fe(II) mg/l M ậ t đ ộ qu an g A Hình 1.6: Sự phụ thuộc giữa mật độ quang A vào nồng độ ion Fe2+ (mg/l) Nhận xét: Từ bảng 3.1 và hình 1.6 cĩ thể thấy rằng, trong khoảng nồng độ ion Fe2+ từ 0,056 mg/l đến 2,800 mg/l thì độ hấp thụ quang (A) của dung dịch tuân theo định luật Bia. Như vậy trong quá trình xác định Fe2+ với các mẫu khác nhau, ta cần tính tốn sao cho đưa nồng độ của ion Fe2+ về trong khoảng nồng độ 0,056 mg/l đến 2,800 mg/l. Từ kết quả đo độ hấp thụ quang, cĩ thể xác định nồng độ ion Fe2+ trong dung dịch theo cơng thức: *C .10X = V Trong đĩ: - X là hàm lượng sắt (mg/l). - C* là nồng độ sắt tìm từ phương trình đường chuẩn (mg/l). - V là thể tích dung dịch Fe2+ đã lấy III.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của bentonit. III.2.1. Ảnh hưởng của pH. Tiến hành thí nghiệm như sau: pha dung dịch Fe2+ nồng độ 0,9 g/l cĩ các giá trị pH xác định là 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0. Lấy bảy bình tam giác thể dung tích 250ml, thêm vào mỗi bình 2g bentonit, 50ml của một trong các dung dịch cĩ pH khác nhau trên. ðậy kín miệng bình và tiến hành khuấy với tốc độ 240 vịng/phút, ở điều kiện nhiệt độ phịng, trong thời gian 3 giờ. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 29 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 pH a (m g/ g) a theo pH Sau khi khuấy xong, lọc dung dịch bằng giấy lọc và tiến hành xác định nồng độ của ion Fe2+ trong dịch lọc. Hấp dung của bentonit được xác định theo cơng thức: 0(C C).Va = m − . Trong đĩ: - a là hấp dung (mg/g). - C0 là nồng độ của dung dịch ban đầu trước khi khuấy (g/l). - C là nồng độ của dung dịch sau khi khuấy (g/l). - m là khối lượng bentonit (g). - V là thể tích dung dịch kim loại được hấp phụ (ml) Kết quả thực nghiệm được đưa ra trong bảng 3.2 hình 1.7 Bảng 3.2: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào pH dung dịch. STT 1 2 3 4 5 6 7 pH 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 C (g/l) 0,6976 0,5032 0,3920 0,3640 0,3528 0,4252 0,5864 a (mg/g) 5,06 9,92 12,70 13,40 13,68 11,87 7,84 Hình 1.7: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào pH dung dịch Nhận xét: Từ kết quả đã trình bày trên bảng 3.2 và hình 1.7 cĩ thể thấy rằng, khi pH dung dịch thay đổi từ 2,0 đến 5,0 thì hấp dung của bentonit đối với Fe2+ cũng thay đổi theo. Hấp dung tăng lên trong khoảng pH từ 2,0 đến 4,0 và đạt cực đại tại pH này, sau đĩ giảm xuống khi tăng pH tiếp. Kết quả này cũng khá phù hợp PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 30 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 Thời gian (h) a (m g/ g) a theo thời gian (h) với kết quả của các tác giả cơng trình [6] và [7]. Như vậy pH tối ưu cho quá trình hấp phụ ion Fe2+ trên bentonit trong dung dịch là 4,0. III.2.2. Ảnh hưởng của thời gian khuấy. Tiến hành thí nghiệm như sau: pha dung dịch Fe2+ với nồng độ 0,9g/l. Lấy 8 bình tam giác dung tích 250ml, cho vào mỗi bình 2g bentonit, thêm vào mỗi bình 50ml dung dịch Fe2+ cĩ nồng độ trên, điều chỉnh về pH = 4, đậy kín bình và tiến hành khuấy với tốc độ 240 vịng/phút trong các thời gian khác nhau là 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 giờ. Sau những khoảng thời gian trên, lấy dung dịch ra lọc và tiến hành xác định nồng độ của Fe2+ trong dịch lọc. Hấp dung của bentonit được xác định theo cơng thức: 0(C - C).Va = m Kết quả thực nghiệm được đưa ra trong bảng 3.3 hình 1.8 Bảng 3.3: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào thời gian khuấy khác nhau. STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Thời gian (h) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 C (g/l) 0,6644 0,5864 0,5308 0,4640 0,4140 0,3476 0,3528 0,3528 a (mg/g) 5,89 7,84 9,23 10,90 12,15 13,81 13,68 13,68 Hình 1.8: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào thời gian khuấy. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 31 Nhận xét: Từ đồ thị hình 1.8 cĩ thể thấy rằng: Khi thời gian thay đổi từ 0,5 ÷ 3 giờ, lượng Fe2+ bị hấp phụ tăng theo thời gian. Dung lượng hấp phụ khơng đổi và đạt cực đại khi thời gian khuấy là 3 giờ. Vậy thời gian để đạt được cân bằng hấp phụ là 3 giờ. Hiện tượng thực nghiệm thu được được giải thích như sau: Quá trình hấp phụ này là phản ứng cân bằng trao đổi ion: Na+ , K+ (bentonit) + Fe2+aq
Na+ ,K+ aq + Fe2+ (bentonit) Sự chênh lệch hĩa thế của các ion ngồi dung dịch và trong các khe xốp trong bentonit là động lực thúc đẩy quá trình trao đổi ion xảy ra. Lúc đầu, khi nồng độ ion kim loại trong dung dịch cao, cân bằng chuyển dịch sang phải. ðến một thời gian nào đĩ (3 giờ), khi hĩa thế của các ion (H+, Fe2+) trong và ngồi bentonit bằng nhau, phản ứng đạt đến giá trị cân bằng, khi đĩ lượng ion kim loại bị hấp phụ là cực đại ở nhiệt độ và nồng độ khảo sát. Ngồi ra, các ion kim loại cịn bị hấp thu vật lý trong những khe xốp trung hịa điện trên bề mặt bentonit. Quá trình này đơn giản là sự khuếch tán ion từ dung dịch vào trong lỗ xốp chứa nước, lượng ion kim loại cĩ thể khuếch tán vào những lỗ xốp này là những hằng số ở điều kiện nồng độ, nhiệt độ khảo sát. Vậy thời gian 3 giờ là thời gian tối ưu cho sự hấp phụ của Fe2+ trên bentonit. III.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ chất bị hấp phụ. Tiến hành thí nghiệm như sau: pha các dung dịch Fe2+ cĩ nồng độ lần lượt là 0,5; 0,9; 1,2; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5 (g/l). Lấy 7 bình tam giác dung tích 250ml, cho vào mỗi bình 2g bentonit, thêm vào mỗi bình 50 ml lần lượt các dung dịch cĩ nồng độ trên, điều chỉnh về pH = 4, đậy kín bình và tiến hành khuấy với tốc độ 240 vịng/phút trong thời gian là 3 giờ. Sau thời gian trên, lấy dung dịch ra lọc và tiến hành xác định nồng độ của Fe2+ trong dịch lọc. Hấp dung của bentonit được xác định theo cơng thức: 0(C C).Va = m − . Kết quả thực nghệm được đưa ra trong bảng 3.4 và hình 1.9 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 32 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 Nồng độ Fe(II) cân bằng (g/l) a (m g/ g) a theo nồng độ Fe(II) Bảng 3.4: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào nồng độ của dung dịch Fe2+. STT 1 2 3 4 5 6 7 C0 (g/l) 0,5000 1,0000 1,5000 2,5000 3,5000 4,5000 5,5000 C (g/l) 0,1584 0,3936 0,8032 1,7092 2,6432 3,6216 4,6220 a (mg/g) 8,54 15,16 17,42 19,77 21,42 21,96 21,95 Hình 1.9: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào nồng độ Fe (II). Nhận xét: Từ kết quả trình bài trong bảng 3.4 và hình 1.9 trên thấy rằng khi tăng nồng độ Fe2+ lên thì độ hấp dung a của bentonit cũng tăng theo. Nhưng khi tăng đến một giá trị nào độ đĩ thì nĩ đạt trạng thái cân bằng và đạt cân bằng hấp phụ với giá trị cực đại là 21,96 (mg/g). Từ bảng 3.4 và hình 1.9 ta nhận thấy rằng đường trao đổi đẳng nhiệt cĩ dạng đường Langmuir: a.b.CL = 1 + b.C Trong đĩ: - L là hấp dung. - a lượng chất bị hấp phụ cực đại hay hấp dung cực đại. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 33 - b : hằng số - C: nồng độ cân bằng Từ cân bằng trao đổi ion: Na+, K+ (bentonit ) + Fe2+aq
Na+, K+ aq + Fe2+ (bentonit) Sự trao đổi ion này phụ thuộc vào bản chất bentonit, nhiệt độ, sự khuếch tán của ion kim loại và kích thước lỗ xốp trên bề mặt vật liệu. Ở những điều kiện khảo sát chỉ cĩ nồng độ ion kim loại thay đổi, tương ứng với nồng độ cân bằng hấp phụ thay đổi. Do đĩ: + Với những nồng độ ion kim loại nhỏ ( C nhỏ ) bC<<1 hấp dung tăng tuyến tính theo C đồ thị cĩ dạng đường thẳng, do sự khuếch tán của ion kim loại trong trường hợp này hầu như khơng bị biến đổi. + Khi bC đáng kể so với 1, nồng độ khuếch tán ảnh hưởng lớn đến sự khuếch tán ion kim loại, L tăng theo C cĩ dạng đường cong. + C lớn, ion lớp sonvat hĩa kim loại lớn, sự khuếch tán ion kim loại vào trong lỗ xốp bị hạn chế. Hơn nữa tổng lượng ion cĩ thể trao đổi khơng vượt quá tổng lượng ion bù trừ trong cấu trúc mạng bentonit. Như vậy, khi C tăng đến một giá trị nào đĩ L sẽ đạt đến một giá trị cực đại. Từ đồ thị ta thấy khi nồng độ của dung dịch Fe2+ 4,5g/l thì hấp dung đạt giá trị cực đại 21,96 mg/g. III.2.4. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích dung dịch hấp phụ và khối lượng bentonit. Tiến hành thí nghiệm như sau: pha dung dịch Fe2+ với nồng độ 0,9g/l. Lấy 7 bình tam giác dung tích 250ml, cho vào mỗi bình 2g bentonit, thêm vào mỗi bình lần lượt các thể tích là 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90 ml dung dịch Fe2+, điều chỉnh về pH = 4, đậy kín bình và tiến hành khuấy với tốc độ 240 vịng/phút trong thời gian là 3 giờ. Sau thời gian trên, lấy dung dịch ra lọc và tiến hành xác định nồng độ của Fe2+ trong dịch lọc. Hấp dung của bentonit được xác định theo cơng thức: 0(C C).Va = m − Kết quả thực nghệm được đưa ra trong bảng 3.5 và hình 1.10 PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 34 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 20 40 60 80 100 V (ml) a (m g/ g) a theo V/m Bảng 3.5: Sự phụ thuộc giữa hấp dung của bentonit đối với Fe2+ vào tỷ lệ Vl/mr khác nhau. STT 1 2 3 4 5 6 7 Vl (ml) 30 40 50 60 70 80 90 C (g/l) 0,5384 0,4312 0,3528 0,3420 0,3288 0,3272 0,3272 a (mg/g) 9,04 11,72 13,68 13,95 14,28 14,32 14,32 Hình 1.10: ðồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hấp dung vào tỷ lệ Vl/mr. Nhận xét: Từ hình 1.10 cĩ thể thấy rằng, sự hấp phụ tăng theo sự tăng thể tích dung dịch hấp phụ, sau đĩ tăng chậm và khơng thay đổi khi đĩ hấp phụ đạt trạng thái cân bằng. Bởi vì, khi thể tích dung dịch nhỏ lượng ion trong dung dịch ít, sự hấp phụ cĩ xu hướng tăng cùng với sự tăng của thể tích dung dịch nhưng đến một thể tích nào đĩ lượng ion trong dung dịch cao hơn nhiều so với lượng ion hấp phụ. Khi đĩ nếu tăng thể tích của dung dịch thì dung lượng hấp phụ cũng khơng thay đổi nữa, với khối lượng của bentonit là 2g và nồng độ của Fe2+ là 0,9 (g/l) thì tỷ lệ Vl/mr tốt nhất cho sự hấp phụ là 40. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 35 PHẦN III: KẾT LUẬN Qua kết quả nghiên cứu cĩ thể rút ra kết luận về các vấn đề sau: - Bentonit Bình Thuận ở trạng thái tự nhiên cĩ khả năng trao đổi và hấp phụ mạnh với ion Fe2+, vì thế cĩ thể sử dụng để tách ion này ra khỏi nước và nước thải cơng nghiệp. - Khả năng hấp thu các ion Fe2+ của bentonit phụ thuộc vào các yếu tố: thời gian hấp phụ, khối lượng chất hấp phụ, thể tích chất bị hấp phụ và nồng độ chất bị hấp phụ,…Ở đây chúng tơi cố định một số yếu tố như: khối lượng chất hấp phụ (bentonit) là 2g, nhiệt độ khảo sát là nhiệt độ phịng. Kết quả nghiên cứu là điều kiện tối ưu cho quá trình hấp phụ đối với ion Fe2+ của bentonit như sau: + pH = 4. + Thời gian khuấy trộn: 3 giờ. + Tỷ lệ Vl/mr tối ưu để cĩ hấp dung cực đại là 40. + Hấp dung cực đại Fe2+: 21,96 mg/g. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial :: 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vũ Ngọc Ban, Thực Tập Hố Lý. 2. Lê Tự Hải (2008), Nghiên cứu quá trình biến tính Thuận Hải và ứng dụng hấp phụ ion Mn2+ trong nước, Tạp chí khoa học và cơng nghệ, Trường ðại Học ðà Nẵng – Số 3(26). 3. Lê Thị Yến Kiều, Khĩa luận tốt nghiệp (2008), Trường ðại Học Sư Phạm ðồng Tháp, ðồng Tháp. 4. Nguyễn Viết Lược, Lê Ái Thụ (1999), Bentonit Thuận Hải, Hà Nội. 5. Hồng Nhâm (2005), Hố Học Vơ Cơ – tập ba, NXB Giáo Dục. 6. PTS Hồ Viết Quý, PGS-PTS Nguyễn Tinh Dung (1991), Các Phương Pháp Phân Tích Lý Hố,NXB ðại Học Sư Phạm Hà Nội I, Hà Nội. 7. Phạm Trung Tính (2003), Nghiên cứu khả năng hấp thu một số ion kim loại nặng trên bentonit Di Linh – Lâm ðồng đã hoạt hố, Khố luận tốt nghiệp, ðại học KHTN Hà Nội. 8. Vương Văn Trường (2004), Khảo sát sự hấp thu các ion Mn2+ và Fe2+ trên bentonit trong dung dịch nước, khĩa luận tốt nghiệp, Trường ðại học KHTN, Hà Nội. PDF Created with deskPDF PDF Writer - Trial ::