Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt

Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát sự hấp phụ nitrát của than sinh học trấu (O. sativa L., OM5451)

theo các mô hình động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2 và các mô hình đường đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich. Động học hấp phụ được xác định bằng sự phù hợp với dữ liệu thí nghiệm của hai mô hình động

học biểu kiến bậc 1 và bậc 2. Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với 2 mô hình đường đẳng nhiệt Langmuir và

Freundlich. Dung lượng hấp phụ nitrát cực đại của than sinh học trấu thì được xác định. Kết quả được trình

bày rằng việc loại bỏ NO3- phù hợp với mô hình động học biểu kiến bậc 1 (R2 = 0,958) hơn so với mô hình

biểu kiến bậc 2 (R2 = 0,952). Mô hình đẳng nhiệt Langmuir (R2 = 0,9931) cho thấy sự phù hợp tốt hơn so với mô hình Freundlich (R2 = 0,9467). Dung lượng hấp phụ nitrát cực đại của than sinh học trấu là 5,1104 mg g-1.

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 1

Trang 1

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 2

Trang 2

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 3

Trang 3

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 4

Trang 4

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 5

Trang 5

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 6

Trang 6

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt trang 7

Trang 7

pdf 7 trang xuanhieu 1240
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt

Nghiên cứu sự hấp phụ NO₃- Của than sinh học trấu (O. Sativa L., OM5451) theo các mô hình động học và đẳng nhiệt
u kiến bậc 2: 
phát xạ làm việc ở 5 kV, khoảng cách làm việc WD từ 
5,2 mm đến 6,0 mm. Mẫu vật liệu có kích thước lỗ 
rỗng < 10 µm (ở mức phóng đại 2.000 lần) (Hình 1). Trong đó: Qe, Qt lần lượt là dung dịch hấp phụ 
 2.2.2. Bố trí thí nghiệm tại thời điểm cân bằng và thời điểm t (mg/g), k1 là 
 -1
 Thí nghiệm được thực hiện với 11 nghiệm thức, hằng số tốc độ hấp phụ biểu kiến bậc 1 (phút ), k2 là 
lặp lại 3 lần theo kiểu bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên. hằng số tốc độ hấp phụ biểu kiến bậc 2 (g/mg. 
Cân than 1 g than sinh học trấu cho vào ống ly tâm, phút). 
tiếp tục đong 50 mL dung dịch ở nồng độ 50 mg L-1 Đẳng nhiệt hấp phụ: 
đã điều chỉnh pH = 4 vào ống đã chứa than. Sau đó 
 Thí nghiệm được thực hiện với 9 nghiệm thức, 
đem đi lắc ở các thời gian 1 phút, 2 phút, 5 phút, 10 lặp lại 3 lần theo kiểu bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên. 
phút, 15 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút, 120 phút, Chuẩn bị dung dịch nitrát có nồng độ 10 mg L-1; 30 
240 phút và 360 phút với tốc độ lắc 190 vòng/phút. 
 mg L-1; 50 mg L-1; 80 mg L-1; 100 mg L-1; 120 mg L-1; 
Cuối cùng mẫu được lọc qua giấy lọc Whatman và 150 mg L-1; 200 mg L-1; 300 mg L-1, dùng NaOH 0,1M 
đem phân tích hàm lượng nitrát. Số lượng hấp phụ hoặc HCl 0,1M để điều chỉnh pH = 4. Tiến hành cân 
trên một đơn vị chất hấp phụ và hiệu suất hấp phụ than 1 g than sinh học trấu cho vào ống ly tâm, tiếp 
 -
NO3 được tính theo công thức (2.1 và 2.2). tục đong 50 mL dung dịch ở các nồng độ trên đã điều 
 chỉnh pH = 4 vào ống đã chứa than. Sau đó đem đi 
 lắc 120 phút với tốc độ lắc 190 vòng/phút. Cuối cùng 
 mẫu được lọc qua giấy lọc Whatman và đem phân 
 tích hàm lượng nitrát. 
 Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir: 
 Trong đó: qe: Dung lượng hấp phụ ở thời điểm 
cân bằng (mg g-1); m: Khối lượng than sinh học (g); 
 -1
Co: Nồng độ ban đầu của chất bị hấp phụ (mg L ); 
Ce: Nồng độ chất bị hấp phụ ở thời điểm cân bằng Trong đó: KL: Hằng số (cân bằng) hấp phụ 
 -1 -1
(mg L ); V: Thể tích dung dịch của chất bị hấp phụ Langmuir; qe: Dung lượng hấp phụ (mg g ); qmax: 
(ml); H: Hiệu suất hấp phụ (%). Dung lượng hấp phụ tối đa của chất hấp phụ (mg g-
 1); C : Nồng độ dung dịch hấp phụ. 
 Các kết quả tối ưu thu được từ các thí nghiệm sơ e
bộ đã được sử dụng cho các nghiên cứu động học, Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 
đẳng nhiệt. Hai mô hình động học đã được sử dụng 
là động học biểu kiến bậc 1 và bậc 2. Cân bằng hấp 
phụ sử dụng hai mô hình đẳng nhiệt là Langmuir và Trong đó: KF: Hằng số hấp phụ Freundlich; 
Freundlich. 1/n: Có thể được tính toán từ slope và intercept của 
 phương trình ln q và ln C . 
 Động học hấp phụ: e e
 Phân tích sai số: Để tìm ra các mô hình đẳng 
 Nghiên cứu động học hấp phụ là một trong nhiệt và động học phù hợp nhất, hàm sai số đã được 
những thông số quan trọng vì nó giúp hiểu hơn về sử dụng là hệ số xác định (R2). Trong mỗi trường 
hướng phản ứng và cơ chế của quá trình hấp phụ [7]. hợp, các thông số được xác định bằng cách giảm 
Mô hình giả kiến bậc một giả định rằng tốc độ phù thiểu các hàm lỗi tương ứng bằng cách sử dụng 
hợp giảm tuyến tính với sự gia tăng khả năng hấp Solver add-in Excel. Dưới đây là các biểu thức tính 
phụ. Mô hình động học biểu kiến bậc hai giả định toán của các hàm lỗi được sử dụng. 
rằng bước giới hạn tốc độ là sự tương tác giữa hai 
chất thuốc thử và nó thường được sử dụng mô tả sự 
hấp phụ hóa học [8]. 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 2 - TH¸NG 10/2020 103 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 Trong đó: n: Số lượng điểm; qe,exp: Khả năng nghiệm. Ảnh hưởng của thời gian đến khả năng hấp 
 -1
hấp phụ theo thí nghiệm (mg g ); qe,cal: Khả năng phụ nitrát của than sinh học trấu được thể hiện ở 
hấp phụ theo tính toán (mg g-1); : Khả năng hấp hình 2. 
phụ theo tính toán trung bình (mg g-1). Từ kết quả ở bảng 4 vẽ đồ thị thể hiện mối liên 
 quan giữa thời gian với dung lượng hấp phụ và hiệu 
 2.3. Phương pháp phân tích 
 suất hấp phụ. 
 Bảng 3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 
 Chỉ tiêu Phương pháp Thiết bị 
 Máy pH METER 
 pH Đo trực tiếp 
 HM-31P 
 Phương pháp Máy HITACHI U-
 NO - 
 3 Salicylate, APHA 2900 - Japan 
 2.4. Xử lý số liệu 
 Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để xử lý số 
liệu và vẽ đồ thị. 
 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Hình 2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên khả 
 Do pHpzc của than sinh học trấu 9,51 lớn hơn pH năng hấp phụ 
của dung dịch bị hấp phụ (pH = 4) nên điện tích bề -
 Số lượng hấp phụ NO3 tăng mạnh ở thời gian từ 
mặt của than mang điện tích dương. Do đó khả năng 1 - 15 phút, thời gian 15 - 120 phút tăng chậm lại và ở 
hấp phụ ion nitrát của than sinh học trấu càng lớn thời gian từ 120 - 360 phút hầu như không tăng. Điều 
 -
bởi vì chất bị hấp phụ mang điện tích âm (NO3 ) theo này giải thích do số lượng vị trí trống trên chất hấp 
cơ chế hút tĩnh điện. Than sinh học trấu cũng có khả phụ có sẵn ở giai đoạn ban đầu lớn, do đó làm tăng 
năng hấp phụ cation (CEC = 23,98 cmol+/g) theo cơ nồng độ giữa chất bị hấp phụ trong dung dịch và bề 
chế trao đổi ion nhưng yếu. Điều này phù hợp với mặt chất hấp phụ. Sự gia tăng nồng độ này dẫn đến 
nghiên cứu của Zhao, Xue [9] và Chintala, Mollinedo làm tăng khả năng hấp phụ ở giai đoạn đầu. Khi 
[10]. nồng độ giảm thì khả năng hấp phụ giảm [11]. Hiệu 
 -
 Bảng 4. Ảnh hưởng thời gian đến khả năng hấp phụ suất loại bỏ NO3 cao nhất của than sinh học trấu ở 
 nitrát của than sinh học trấu 120 phút, 240 phút và 360 phút lần lượt là 95,76%, 
 Nghiệm Dung lượng 95,77% và 95,87% không có sự khác biệt ở 5%. Điều 
 Hiệu suất 
 thức hấp phụ này chứng tỏ thời gian phản ứng có ảnh hưởng đến 
 H (%) -
 -1 -1 khả năng hấp phụ NO3 . Từ kết quả trên thời gian 
 (mg L ) qe (mg g ) 
 hấp phụ tốt nhất của than sinh học trấu là 120 phút 
 1 0,207 3,667 
 được lựa chọn cho sự hấp phụ NO - ở thí nghiệm tiếp 
 2 0,400 7,089 3
 theo. 
 5 1,008 17,844 
 10 1,284 22,733 Sự phù hợp của hai mô hình động học biểu kiến 
 15 1,730 62,789 bậc 1 và bậc 2 với dữ liệu thực nghiệm được thể hiện 
 trong hình 3 và bảng 5. 
 30 1,894 68,747 
 60 2,216 80,435 
 90 2,294 83,285 
 120 2,638 95,756 
 240 2,638 95,768 
 360 2,641 95,873 
 Thời gian là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng 
đến khả năng hấp phụ của than sinh học, xác định 
được thời gian hấp phụ tốt nhất có thể giúp nâng cao Hình 3. Sự phù hợp của các mô hình động học cho 
hiệu suất hấp phụ và rút ngắn thời gian bố trí thí -
 sự hấp phụ NO3 
104 N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 2 - TH¸NG 10/2020 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 -
Bảng 5. Các thông số động học của sự hấp phụ NO3 tăng, tuy nhiên khi nồng độ đầu vào tăng từ 80 - 300 
 - -1
 Mô hình Thông số Giá trị mg NO3 L thì lượng hấp phụ tăng mạnh nhưng hiệu 
 suất hấp phụ NO - lại giảm mạnh. Điều này có thể 
 q (mg/g) 2,459 3
 e, exp giải thích rằng khi nồng độ nitrát ban đầu còn thấp, 
 Động học biểu q (mg/g) 2,459 
 e, cal bề mặt của than sinh học trấu vẫn chưa được lấp đầy 
 kiến bậc 1 k1 (1/phút) 0,0757 -
 bởi các ion NO3 . Tuy nhiên, khi nồng độ tăng lên các 
 R2 0,958 
 lỗ rỗng trên bề mặt than sinh học trấu bị bão hòa do 
 qe, exp (mg/g) 2,553 -
 được lấp đầy bởi các ion NO3 nên hiệu suất hấp phụ 
 Động học biểu qe, cal (mg/g) 2,653 -
 giảm nhanh. Hiệu suất loại bỏ NO3 cao nhất của than 
 kiến bậc 2 k1 (1/phút) 0,0241 sinh học trấu ở nồng độ 50 mg L-1 lần lượt là 60,90%. 
 2
 R 0,952 Kết quả phù hợp với nghiên cứu của Yang, Yang 
 So sánh giữa hai mô hình thì ta thấy mô hình [12]. 
biểu kiến bậc 1 phù hợp với dữ liệu thí nghiệm hơn 
mô hình biểu kiến bậc 2 do có hệ số tương quan cao 
hơn (R2 = 0,958). 
 Bảng 6. Ảnh hưởng của nồng độ đến khả năng hấp 
 phụ nitrát của than sinh học trấu 
 Nghiệm Dung lượng 
 Hiệu suất 
 thức hấp phụ 
 -1 -1 H (%) 
 (mg L ) qe (mg g ) 
 10 0,283 58,683 
 30 0,882 57,864 
 50 1,592 60,896 
 80 2,268 52,834 
 Hình 5. Sự phù hợp của các mô hình đẳng nhiệt cho 
 100 2,493 47,667 -
 sự hấp phụ NO3 
 120 2,761 45,192 
 Bảng 7. Các thông số đẳng nhiệt cho sự hấp phụ 
 150 3,218 42,816 
 NO - 
 200 3,736 36,550 3
 300 4,048 27,270 Mô hình Thông số Giá trị 
 -1
 Từ kết quả ở bảng 6 vẽ đồ thị thể hiện mối liên qm (mg g ) 5,1104 
 -1
quan giữa nồng độ nitrát ban đầu với dung lượng hấp Langmuir KL (L mg ) 0,0189 
 2
phụ và hiệu suất hấp phụ. R 0,9931 
 KF 0,3967 
 Freundlich n 2,2244 
 R2 0,9467 
 Kết quả của Langmuir và Freundlich cho sự 
 -
 hấp phụ NO3 bởi than sinh học trấu được trình bày 
 trong bảng 7 và hình 5. Kết quả mô hình đẳng nhiệt 
 Langmuir (R2 = 0,9931) có giá trị hệ số tương quan 
 cao hơn so với Freundlich (R2 = 0,9467). Như vậy, 
 -
 có thể khẳng định quá trình hấp phụ NO3 bằng 
 than sinh học trấu tuân theo cả hai mô hình đẳng 
 nhiệt Langmuir và Freundlich, hay nói cách khác 
 Hình 4. Ảnh hưởng của nồng độ nitrát đầu vào lên -
 quá trình hấp phụ NO3 của than sinh học trấu là 
 khả năng hấp phụ hấp phụ đơn lớp và hấp phụ trong điều kiện bề mặt 
 -
 Hình 4 trình bày sự hấp phụ NO3 của than sinh vật liệu không đồng nhất. Dung lượng hấp phụ lớn 
học trấu ở nồng độ đầu vào thay đổi từ 10 - 50 mg nhất theo mô hình Langmuir của than sinh học trấu 
 - -1 - 1
NO3 L thì lượng hấp phụ và hiệu suất hấp phụ NO3 là 5,1104 mg g . 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 2 - TH¸NG 10/2020 105 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 4. THẢO LUẬN activated carbon prepared from sugar beet bagasse. 
 Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng than sinh học Bioresource technology, 2009. 101: p. 1675-80. 
được sản xuất từ vật liệu rẻ tiền là trấu ở nhiệt độ 5. Nguyen, L. X., et al. (2018). Properties of 
nhiệt phân 700oC có thể được sử dụng như là một Biochars Prepared from Local Biomass in the 
chất hấp phụ có giá trị thấp để hấp phụ nitrát. Mekong delta, Vietnam, 2018. Vol. 13. 2018: 
 Kết quả này cũng chỉ ra rằng mô hình động học Bioresources. 7325-7344. 
biểu kiến bậc 1 phù hợp với dữ liệu thí nghiệm hơn 6. Trần Thị Tú (2016). Đặc điểm hóa lý của 
mô hình biểu kiến bậc 2. Bảng 5 cho thấy các giá trị than sinh học điều chế từ vỏ trấu. Tạp chí Khoa học 
qe, cal được tính toán theo lý thuyết thu được từ mô Huế, Khoa học Trái đất và Môi trường, ISSN: 1859-
hình động học bậc biểu kiến bậc 1 gần với giá trị 1388, 2016. 120: p. 233-247. 
theo thí nghiệm (qe, exp). 7. Zubair, M., et al. (2020). Adsorption Behavior 
 Dữ liệu thí nghiệm phù hợp với mô hình and Mechanism of Methylene Blue, Crystal Violet, 
Langmuir cho thấy tất cả các vị trí trên bề mặt than Eriochrome Black T, and Methyl Orange Dyes onto 
sinh học trấu đều có năng lượng hấp phụ nitrát như Biochar-Derived Date Palm Fronds Waste Produced 
nhau. at Different Pyrolysis Conditions. Water air and soil 
 Các giá trị của hằng số đẳng nhiệt Freundlich pollution, 2020. 231(5). 
“n” là 2,2244 (nằm giữa 1 và 10). Bằng chứng này cho 8. Al-Zoubi, H., et al. (2020). Comparative 
thấy sự hấp phụ nitrát của than sinh học trấu tốt. Adsorption of Anionic Dyes (Eriochrome Black T 
 Sự phù hợp của dữ liệu thí nghiệm với mô hình and Congo Red) onto Jojoba Residues: Isotherm, 
đẳng nhiệt Langmuir có thể chỉ ra sự hấp phụ nitrát Kinetics and Thermodynamic Studies. Arabian 
đơn lớp trên bề mặt đồng nhất của than sinh học trấu. Journal for Science and Engineering, 2020: p. 1-13. 
 Các kết quả tương tự cũng đã được báo cáo bởi 9. Zhao, H., et al. (2017). Adsorption of nitrate 
các nhà nghiên cứu khác trong đó mô hình đẳng onto biochar derived from agricultural residuals. 
nhiệt Langmuir cho thấy sự phù hợp tốt với dữ liệu Water Science and Technology, 2017. 77: p. 
thí nghiệm về sự hấp phụ nitrát [13, 14]. wst2017568. 
 LỜI CẢM ƠN 10. Chintala, R., et al. (2013). Nitrate sorption 
 and desorption in biochars from fast pyrolysis. 
 Đề tài này được tài trợ bởi Dự án nâng cấp 
 Microporous and Mesoporous Materials, 2013. 179: 
Trường Đại học Cần Thơ VN14-P6 bằng nguồn vốn 
 p. 250-257. 
vay ODA từ Chính phủ Nhật Bản. 
 11. Uddin, M. T., et al. (2008). Uptake of phenol 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 from aqueous solution by burned water hyacinth. 
 1. Song, P., L. Wu and W. Guan (2015). Dietary Polish Journal of Chemical Technology - Pol J Chem 
Nitrates, Nitrites and Nitrosamines Intake and the technol, 2008. 10: p. 43-49. 
Risk of Gastric Cancer: A Meta-Analysis. Nutrients, 
 12. Yang, L., et al. (2017). Characteristics of 
2015. 7: p. 9872-9895. 
 Nitrate Removal from Aqueous Solution by Modified 
 2. Efferts, W., et al. (2015). Effect of Acute Steel Slag. Vol. 9. 2017. 
Nitrate Supplementation on Neurovascular Coupling 13. Ganesan, P., R. Kamaraj and S. Vasudevan 
and Cognitive Performance in Hypoxia. Applied (2013). Application of isotherm, kinetic and 
Physiology, Nutrition and Metabolism, 2015. 41. thermodynamic models for the adsorption of nitrate 
 3. Baei, M. S., H. Esfandian and A. A. Nesheli ions on graphene from aqueous solution. Journal of 
(2016). Removal of nitrate from aqueous solutions in the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2013. 
batch systems using activated perlite: an application of 44(5): p. 808-814. 
response surface methodology. Asia-Pacific Journal of 14. Milmile, S. N., et al. (2011). Equilibrium 
Chemical Engineering, 2016. 11(3): p. 437-447. isotherm and kinetic modeling of the adsorption of 
 4. Demiral, H. and G. Gündüzoğlu (2018). nitrates by anion exchange Indion NSSR resin. 
Removal of nitrate from aqueous solutions by Desalination, 2011. 276(1): p. 38-44. 
106 N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 2 - TH¸NG 10/2020 
 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 
 -
 THE STUDY OF THE NO3 ADSORPTION OF RICE HUSK BIOCHAR (O. sativa L., OM5451) ACCORDING 
 TO KINETIC AND ISOTHERMAL MODELS 
 Nguyen Dat Phuong, Do Thi My Phuong, Nguyen Huu Chiem, Nguyen Xuan Loc 
 Summary 
 The objective of this study was to investigate the nitrate adsorption of rice husk biochar (O. sativa L., 
 OM5451) according the pseudo-first-order kinetic model and the pseudo-second-order kinetic model and 
 Langmuir isothermal model and Freundlich isothermal model. The adsorption kinetics was determined by 
 the consistency with the experimental data of both the pseudo-first-order kinetic model and the pseudo-
 second-order kinetic model. Experimental data was suitable with two models of Langmuir isotherm and 
 Freundlich isotherm. The maximum nitrate adsorption capacity of rice husk biochar was determined. The 
 result this study showed that the pseudo-first-order kinetic model (R2 = 0.958) was better fit the pseudo-
 second-order kinetic model (R2 = 0.952) and the isothermal model Langmuir (R2 = 0.9931) was better fit the 
 2 -
 isothermal model Freundlich (R = 0.9467) for the removal of NO3 . The maximum nitrate adsorption 
 capacity of rice husk biochar was 5,1104 mg g-1. 
 -
 Keywords: Freundlich, adsorption, Langmuir, NO3 , rice husk biochar. 
 Người phản biện: PGS.TS. Lê Đức 
 Ngày nhận bài: 7/8/2020 
 Ngày thông qua phản biện: 9/9/2020 
 Ngày duyệt đăng: 16/9/2020 
N«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n - KỲ 2 - TH¸NG 10/2020 107 

File đính kèm:

  • pdfnghien_cuu_su_hap_phu_no_cua_than_sinh_hoc_trau_o_sativa_l_o.pdf