NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ ION Cd2+ BẰNG 3-MECAPTO PROPYL SBA-16 TỔNG HỢP TỪ TRO TRẤU

Đặt vấn đề

 Vật liệu MCM-41 đã được các nhà nghiên cứu của hãng Mobil tổng hợp thành công từ năm 1992.  Đến nay đã có nhiều loại vật liệu mao quản trung bình (MQTB) khác như MCM-48, MCM-50, SBA-15, SBA-16 ra đời [1,2,3].

Đặt vấn đề

 Trong số các vật liệu kể trên thì SBA-16 có nhiều ưu điểm hơn cả bởi cấu trúc không gian 3 chiều kiểu lập phương tâm khối, thành mao quản dày, bền nhiệt.  Tuy nhiên, hoạt tính bề mặt của SBA-16 không cao do thành mao quản là SiO2 ròng [3].

Đặt vấn đề

 Để tăng thêm hoạt tính hấp phụ và xúc tác, phải chức năng hóa bề mặt vật liệu này bằng các oxit kim loại hay các nhóm chức hữu cơ.  Hiện nay một số tác giả công bố đã biến tính bề mặt SBA-16 bằng Pt, Co, Fe, Sn [4,5], còn biến tính bằng các nhóm chức hữu cơ mới chỉ thực hiện trên vật liệu MCM-41 và SBA-15 [6].

Đặt vấn đề

 Các công trình nghiên cứu về biến tính bề mặt SBA-16 bằng các nhóm chức hữu cơ rất ít, đặc biệt là ứng dụng vật liệu biến tính này trong hấp phụ và xúc tác.

Đặt vấn đề

 Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày kết quả sử dụng vật liệu MQTB SBA-16 đã biến tính bề mặt bằng 3- mecapto propyl trimetoxy silan (MPTMS) để hấp phụ ion Cd2+ trong môi trường nước và nghiên cứu quy luật hấp phụ của quá trình này.

Thực nghiệm

* Vật liệu MQTB 3-mecapto propyl SBA-16 sử dụng trong nghiên cứu này được tổng hợp trực tiếp từ + Chất định hướng cấu trúc và hoạt động bề mặt F127 (EO106PO70EO106, Merck), MPTMS (Merck) + Nguồn SiO2 chiết tách từ tro trấu, butanol, HCl (PA, Trung Quốc) + Tỉ lệ mol SiO2/MPTMS bằng 20, diện tích bề mặt 545 m2/g tính theo phương pháp BET [7]. * Dung dịch Cd2+ pha từ muối CdSO4.8/3H2O (Nga).

Phản ứng hấp phụ

    Lấy 150 ml dung dịch Cd2+ x ppm (x = 5, 10, 40 ppm) cho vào bình tam giác, Đặt lên máy khuấy từ, ổn định nhiệt độ ở 25oC, Lấy mẫu không, rồi cho 0,1g chất hấp phụ 3-mecapto propyl SBA-16 vào. Sau các khoảng thời gian 5, 10, 15, 20, 30, 60 phút, mẫu được lấy ra 1 lần, phân tích trực tiếp nồng độ của ion Cd2+ bằng phương pháp điện hóa trên máy METROHM 757 VA (Thụy Sỹ), sử dụng điện cực giọt treo Hg, điện thế làm giàu -1,4 V, thời gian làm giàu 180 giây.

Mô hình động học hấp phụ Cd2+

  Dung lượng hấp phụ

qt

được tính theo phương trình: Trong đó:

q t

 (

C o



C t m

) 

V

(

+ Co, Ct

(mg/l) là nồng độ của Cd2+ tại thời điểm ban đầu và thời điểm

t + V

nghiệm (l) là thể tích dung dịch Cd2+ trong mỗi thí + tích

V m (g)

là khối lượng chất hấp phụ tương ứng với thể của Cd2+.

Phương trình động học hấp phụ tương tự bậc nhất dạng tuyến tính

ln(qe-qt) = ln(qe) – k1.t

Trong đó:

k1

(phút-1) là hằng số tốc độ của quá trình động học hấp phụ tương tự bậc nhất

qe, qt

là dung lượng hấp phụ ở thời điểm cân bằng và thời điểm

t

.

Phương trình động học hấp phụ tương tự bậc 2 loại 1 dạng tuyến tính

q e

1 

q t



k

21 .

t

 1

q e

Trong đó:

k21

(mg/g.phút) là hằng số tốc độ của quá trình động học hấp phụ tương tự bậc 2 loại 1

Phương trình động học hấp phụ tương tự bậc 2 loại 2 dạng tuyến tính

t q t



t q e

 1

k

22 2 .

q e

Trong đó:

k22

(mg/g.phút) là hằng số tốc độ của quá trình động học hấp phụ tương tự bậc 2 loại 2.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+

 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir dạng tuyến tính

C e



C e

 1

q e q m K L

.

q m

 Trong đó:

qm

(mg/g) là dung lượng hấp phụ đơn lớp cực đại

KL

là hằng số cân bằng hấp phụ của phương trình Langmuir.

Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+

 Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Freunlich dạng tuyến tính ln(

q e

)  1

n

ln(

C e

)  ln(

K F

) Trong đó:

KF

và

n

Freundlich là các tham số của phương trình

Kết quả và thảo luận

Động học hấp phụ Cd2+ trên 3 mecapto propyl SBA-16

Động học hấp phụ Cd2+ trên 3-mecapto propyl SBA-16

 Bảng 1.

Giá trị R2 của các phương trình động học với nồng độ là 5, 10, 40 ppm

Nồng độ Cd 2+ Bậc 1 (R

2 )

Bậc 2 loại 1 (R

2 )

Bậc 2 loại 2 (R

2 )

5 ppm 10 ppm 40 ppm 0,9994 0,9987 0,9903 0,6709 0,8496 0,6691 0,9982 0,9980 0,9896

Động học hấp phụ Cd2+ trên 3-mecapto propyl SBA-16

Bảng 2.

Giá trị các tham số của phương trình bậc 1 và bậc 2 loại 2

Nồng độ Cd 2+ 5 ppm q e (thực nghiệm) k 1 5,67 (mg/g) 0,1977 Bậc 1 q e (tính toán) 5,84 Bậc 2 loại 2 k 22 0,0777 q e (tính toán) 5,94 10 ppm 9,12 (mg/g) 0,1017 8,65 0,0155 10,19 40 ppm 10,31 (mg/g) 0,1734 13,37 0,0172 11,43

Động học hấp phụ Cd2+ trên 3-mecapto propyl SBA-16

 Hình 2 minh họa mô hình động học biểu kiến bậc 1, biểu diễn sự phụ thuộc của

ln(qe-qt)

vào thời gian

t

Đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+ trên xúc tác 3 mecapto propyl SBA-16



Bảng 3.

Các tham số thu được theo các phưong trình đẳng nhiệt hấp phụ

Phương trình Freundlich

R 2 K F n

0,8922 6,40 6,55 Phương trình Langmuir

R 2 q m (mg/g) K L

1 10,50 1,58

Đẳng nhiệt hấp phụ Cd2+ trên xúc tác 3 mecapto propyl SBA-16

   Sự hấp phụ Cd2+ trên vật liệu 3-mecapto propyl SBA-16 phù hợp với phương trình đẳng nhiệt Langmuir . Hằng số cân bằng hấp phụ

KL

=1,58.

Kết quả này khác với kết quả công bố trước đây [9], khi hấp phụ Cd2+ bằng Fe-SBA-15 tuân theo phương trình động học biểu kiến bậc 2 loại 2.

Kết luận

   Vật liệu 3-mecapto propyl SBA-16 hấp phụ ion Cd2+ ở các nồng độ tương đối tốt, nồng độ càng cao thì dung lượng hấp phụ càng lớn, dung lượng hấp phụ là 5,67 và 10,31 mg/g ứng với nồng độ Cd2+ là 5 và 40 ppm.

Động học hấp phụ tuân theo phương trình biểu kiến bậc 1. Đẳng nhiệt hấp phụ tuân theo phương trình Langmuir với hệ số tương quan

R2

=1.