Khả năng hấp phụ thuốc nhuộm xanh hoạt tính 19 (RB19) của quặng Sắt và quặng Sắt biến tính

Vũ Thị Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 80(04): 143 - 147 143 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ THUỐC NHUỘM XANH HOẠT TÍNH 19 (RB19) CỦA QUẶNG SẮT VÀ QUẶNG SẮT BIẾN TÍNH Vũ Thị Hậu, Đặng Thị Thúy Khoa Hóa học, trường Đại học Sư Phạm Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính Reactive Blue 19 (RB 19) sử dụng quặng sắt và quặng sắt biến tính 10% MnO2 làm vật liệu hấp phụ. Các thí nghiệm được tiến hành với các thông số sau: khối lượng vật liệu hấp phụ: 0,25g; thể tích dung dịch thuốc nhuộm: 25 ml; nồng độ: 98,66 mg/l; pH=6; tốc độ khuấy trộn: 300 vòng/ phút; thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 7 giờ ở nhiệt độ phòng. Kết quả thí nghiệm cho thấy vật liệu chế tạo (quặng sắt biến tính) có khả năng hấp phụ tốt hơn nguyên liệu (quặng sắt). Kết quả này mở ra hướng sử dụng nguồn khoáng sản tự nhiên, phong phú để xử lý nước thải công nghiệp chứa thuốc nhuộm hoạt tính. Từ khóa: hấp phụ, thuốc nhuộm, xanh hoạt tính 19, quặng sắt, quặng sắt biến tính MỞ ĐẦU * Thuốc nhuộm ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các ngành như: dệt may, giấy, mỹ phẩmBên cạnh lợi nhuận mà các ngành này đem lại thì hàng năm chúng thải ra môi trường một lượng lớn nước thải, trong số đó chỉ có một phần được xử lý. Nhiều phương pháp hóa lý đã được nghiên cứu xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm, trong đó hấp phụ là phương pháp được đánh giá cao bởi tính đơn giản mà hiệu quả xử lý tương đối cao, vật liệu sử dụng làm chất hấp phụ rẻ tiền, dễ kiếm [2,5,6]. Việt Nam là một trong những quốc gia giàu khoáng sản, nhiều nhất là quặng kim loại chuyển tiếp [4], phân bố ở nhiều tỉnh thành trong cả nước[1]. Ở Thái Nguyên có mỏ sắt Trại Cau có trữ lượng lớn, giá thành rẻ [3]. Quặng sắt được khai thác và đưa vào sử dụng chủ yếu trong ngành thép, việc sử dụng các nguyên liệu tự nhiên, phổ biến làm vật liệu hấp phụ và xúc tác còn chưa được quan tâm nghiên cứu. Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm Reactive Blue 19 (RB 19) sử dụng quặng sắt Trại Cau và quặng sắt Trại Cau biến tính 10% MnO2 làm vật liệu hấp phụ. THỰC NGHIỆM Hóa chất và thiết bị nghiên cứu Hóa chất: MnCl2.2H2O, NaOH. Các hóa chất sử dụng đều có độ tinh khiết PA. * Tel: 0917505976 Thiết bị nghiên cứu: Máy nghiền bi, thiết bị rây, cân phân tích 4 số, máy lắc, máy đo pH, lò nung, tủ sấy, máy đo quang. Chế tạo vật liệu hấp phụ * Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu được sử dụng trong nghiên cứu này là quặng sắt Trại Cau, tỉnh Thái Nguyên (Fe-TC) (NLHP) được nghiền nhỏ bằng máy nghiền bi, phân loại hạt với kích thước d <63 µm. * Chế tạo vật liệu hấp phụ: Nhằm nâng cao khả năng hấp phụ NLHP được biến tính bằng MnO2 10% theo phương pháp đồng kết tủa. Cân một lượng muối MnCl2.2H2O và Fe-TC theo tính toán, hòa tan MnCl2.2H2O thành dung dịch Mn2+ 2M, đưa Fe-TC đã cân ở trên vào và khuấy đều trên máy khuấy từ, nhỏ dung dịch NaOH 10% trên buret xuống hỗn hợp Fe-TC và dung dịch Mn2+ (máy khuấy từ vẫn hoạt động) đến khi phần dung dịch có pH~ 9 ÷ 10 thì dừng, gạn rửa phần rắn bằng nước cất đến pH ~ 7, sấy khô và nung ở 3000C trong 3 giờ thu được Fe- TC biến tính, nghiền nhỏ, phân loại hạt với kích thước d<63 µm (VLHP). Thuốc nhuộm khảo sát: Thuốc nhuộm hoạt tính được khảo sát trong nghiên cứu này là RB 19, thuộc nhóm antraquinon,là thuốc nhuộm thương phẩm có nguồn gốc từ Trung Quốc, có công thức cấu tạo như sau: Vũ Thị Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 80(04): 143 - 147 144 O O NH2 HN S O O CH2 C OSO3Na H H Hình 1. Công thức cấu tạo RB19 Quy trình thí nghiệm và các thí nghiệm nghiên cứu a) Quy trình thực nghiệm Trong mỗi thí nghiệm hấp phụ: - Thể tích dung dịch RB 19: 25 ml với nồng độ xác định, pH = 6 - Lượng VLHP ( hoặc NLHP): 0,25g - Thí nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ phòng, sử dụng máy lắc ngang với tốc độ 300 vòng/phút. b) Các thí nghiệm nghiên cứu + Khảo sát khả năng hấp phụ chất màu RB 19 của nguyên liệu và VLHP; + Khảo sát các điều kiện tối ưu hấp phụ chất màu RB 19 đối với VLHP: Thời gian đạt cân bằng hấp phụ; Ảnh hưởng của lượng VLHP; Nồng độ thuốc nhuộm RB 19 trước và sau hấp phụ được xác định bằng phương pháp đo quang ở bước sóng 590nm, cuvet 1cm. Hiệu suất hấp phụ của nguyên liệu và VLHP được tính theo công thức: 100. 0 0 C CC H cb − = Trong đó: H: hiệu suất hấp phụ (%) C0, Ccb: nồng độ đầu và nồng độ tại thời điểm cân bằng của dung dịch thuốc nhuộm RB 19 (mg/l) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát khả năng hấp phụ của nguyên liệu và VLHP Các thí nghiệm được tiến hành với nồng độ ban đầu của RB 19 là 98,66 mg/l; nhiệt độ phòng (25±10C); thời gian khuấy 420 phút; tốc độ khuấy 300 vòng/phút; pH của các dung dịch là 6,0. Kết quả được chỉ ra trong bảng 1. Kết quả ở bảng 1 cho thấy cả nguyên liệu và VLHP đều có khả năng hấp phụ RB 19. Hiệu suất hấp phụ của VLHP cao hơn so với nguyên liệu (2,38 lần). Khảo sát các điều kiện tối ưu của sự hấp phụ của VLHP đối với RB 19 a) Ảnh hưởng của thời gian Tiến hành các thí nghiệm hấp phụ với nồng độ đầu RB 19 là 98,66mg/l; lượng VLHP là (0,25g/25ml); pH=6; nhiệt độ phòng (25±10C); thời gian khuấy khác nhau (10,20,40,60,180, 300, 420,480,540 phút). Kết quả được trình bày ở bảng 2 và hình 2. Bảng 1. Các thông số hấp phụ của nguyên liệu và VLHP Nguyên liệu VLHP Co(mg/l) Ccb(mg/l) H(%) Co(mg/l) Ccb(mg/l) H(%) 98,66 85 13,85 98,66 66,1 33,10 Bảng 2. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp phụ của VLHP Thời gian (phút) Co(mg/l) Ccb(mg/l) H(%) 10 98,66 96,71 2,0 20 98,66 94,51 4,2 40 98,66 91,71 7,0 60 98,66 88,54 10,3 180 98,66 78,90 20,0 300 98,66 73,29 25,7 420 98,66 67,93 31,1 480 98,66 66,10 33,0 540 98,66 65,98 33,1 Vũ Thị Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 80(04): 143 - 147 145 0 5 10 15 20 25 30 35 0 100 200 300 400 500 600 thời gian (phút) hi ệ u su ấ t ( % ) Hình 2. Sự phụ thuộc của hiệu suất hấp phụ vào thời gian Kết quả thực nghiệm cho thấy thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP là 420 phút. b) Ảnh hưởng của nồng độ RB 19 ban đầu Tiến hành sự hấp phụ với lượng xác định VLHP (0,25g/25ml dung dịch); pH= 6; nhiệt độ phòng (25±10C); thời gian khuấy 420 phút; nồng độ ban đầu các dung dịch RB 19 khác nhau (32,93; 58,78; 130,85; 190,61; 237,68; 250,85 mg/l). Kết quả được trình bày ở bảng 3 và hình 3. Bảng 3. Ảnh hưởng của nồng độ RB 19 ban đầu đến khả năng hấp phụ của VLHP Co(mg/l) Ccb(mg/l) H(%) 32,93 5,73 82,59 58,78 17,07 70,95 13,85 61,34 53,12 19,61 108,90 42,87 23,68 153,17 35,56 250,85 164,15 34,56 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 50 100 150 200 250 300 nồng độ (mg/l) hi ệ u su ất % Hình 3. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào nồng độ RB 19 ban đầu Vũ Thị Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 80(04): 143 - 147 146 Các kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ hiệu suất hấp phụ của VLHP giảm khi nồng độ đầu của RB 19 tăng. Điều này là hoàn toàn phù hợp với quy luật. c) Ảnh hưởng của lượng VLHP Tiến hành các thí nghiệm hấp phụ RB 19 của VLHP với những lượng khác nhau (0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 1,2 và 1,5g/25 ml dung dịch), nhiệt độ phòng 25±10C), pH cố định là 6, thời gian khuấy 420 phút. Kết quả được trình bày ở bảng 4 và hình 4. Các kết quả thực nghiệm thu được cho thấy khi lượng VLHP tăng từ 0,1 – 1,5g/25ml dung dịch, hiệu suất hấp phụ tăng từ 15,03% - 97,8%. Sự hấp phụ tăng lên cùng lượng các VLHP có thể giải thích do có sự tăng lên cả về diện tích bề mặt của VLHP và vị trí các tâm hấp phụ. KẾT LUẬN Sự hấp phụ thuốc nhuộm RB 19 trong dung dịch nước của quặng sắt Trại Cau biến tính 10% MnO2 theo phương pháp đồng kết tủa đã được nghiên cứu dưới các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Kết quả thu được: - Trong cùng điều kiện thí nghiệm VLHP có khả năng hấp phụ tốt hơn nguyên liệu. - Thời gian đạt cân bằng hấp phụ của VLHP là 7 giờ (420 phút). - Khi tăng nồng độ ban đầu của RB 19 thì hiệu suất hấp phụ giảm. - Khi lượng VLHP tăng thì hiệu suất hấp phụ tăng. Kết quả nghiên cứu bước đầu này cho ta ý tưởng chọn quặng sắt nói chung và quặng sắt Trại Cau nói riêng làm vật liệu hấp phụ để xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ tương đối loãng. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Nguyễn Văn Cần, Phạm Hồng Huấn, Trần Anh Ngoan, Hoàng Đức Ngọc, Nguyễn Hùng Quốc (1993). Địa chất các mỏ khoáng công nghiệp. Nxb Đại học Mỏ địa chất Hà Nội. [2].Lê Hữu Thiềng, Nguyễn Thị Thanh Tú. (2010). Nghiên cứu khả năng hấp phụ metyl đỏ trong dung dịch nước của vật liệu hấp phụ từ bã mía. Tạp chí phân tích . Hóa, Lý và Sinh học. Tập 15, số 4, trang 165 - 170 [3].V.X.KRAXULIN, biên tập Nguyễn Như Mai (1981). Sách tra cứu của nhà kỹ thuật địa chất. Nhà xuất bản Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội. [4]. [5].Agnieszka Andrzejewska and et al (2004). Adsorption of organic dyes on the aminosilane modified TiO2 surface. Dyes and Pigments, Volume 62, Issue 2 121-130. [6].S. Saiful Azhar, A. Ghaniey Liew, D. Suhardy, K. Farizul Hafiz, M.D Irfan Hatim (2005). Dye Removal from Aqueous Solution by using Adsorption on Treated Sugarcane Bagasse. American Journal of Applied Sciences 2 (11): 1499-1503 Bảng 4. Ảnh hưởng của lượng VLHP đến khả năng hấp phụ RB 19 m(g) Co(mg/l) Ccb(mg/l) H(%) 0,1 121,71 103,41 15,03 0,25 121,71 85,98 29,36 0,5 121,71 70,00 42,49 1,0 121,71 29,51 75,75 1,2 121,71 18,66 84,67 1,5 121,71 2,68 97,80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 lượng VLHP (g) hi ệ u su ấ t % Hình 4. Sự phụ thuộc hiệu suất hấp phụ vào lượng VLHP Vũ Thị Hậu và đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 80(04): 143 - 147 147 SUMMARY ADSORPTION CAPACITY OF REACTIVE BLUE 19 (RB 19) ON IRON ORE AND MODIFIED IRON ORE Vu Thi Hau*, Dang Thi Thuy College of Education - TNU This paper presents research results of Reactive Blue 19 (RB19) adsorption on iron ore and modified iron ore 10% MnO2. Experiments were carried out in with the following parameters: volume of adsorption materials: 0.25g; volume of dye solution: 25 ml; concentration: 98.66mg/l; pH=6; speed of mixer stirring: 300 revolutions/ minute; time to reach adsorption equilibrium was 7 hours in the room temperature. The results of experiments show that the manufacturing materials (modified iron ore) have much better adsorption capacity than raw materials (iron ore). These results open the way to use natural and various sources of mineral to treat industrial water waste containing dyes. Keywords: adsorption, dye, reactive blue 19, iron ore, modified iron ore * Tel: 0917505976