Khử florua trong dung dịch bằng chitosan và zeolite tự nhiên biến tính

KHỬ FLUORIDE TRONG DUNG DỊCH
BẰNG CHITOSAN – ZEOLITE TỰ NHIÊN BIẾN TÍNH
I. TÓM TẮT
1. Cơ sở
Một nguyên liệu hỗn hợp mới, Chitosan – Zeolite biến tính (Ch-Z), được tổng hợp để
khử Fluoride. Cấu trúc của nó được thể hiện thông qua quá trình phân tích bằng các phương
pháp FTIR, SEM, XRD và TGA.
2. Kết quả
Dung lượng hấp phụ lớn nhất lượng Fluoride trên Ch-Z là 4,16 mg/g với nồng độ ban đầu
là 40 mg/L, cao hơn 3 lần so với Zeolite chưa biến tính. Tương ứng, quá trình hấp phụ động
học của Fluoride trên Ch-Z và Zeolite tuân theo pseudo-second-order và mô hình khuếch tán
trong hạt. Dựa trên phương pháp phi tiếp tuyến, sự hấp phụ của Fluoride trên Ch-Z thích hợp
với mô hình đẳng nhiệt Freundlich và Redlich-Peterson. Sự khác nhau của các thông số hóa lý
tác động đến quá trình hấp phụ Fluoride trên Ch-Z đã được nghiên cứu. Nó được quan sát rằng
sự hấp thu Fluoride lớn nhất xảy ra trong khoảng pH 4,5 – 5,5.
3. Kết luận
Mặc dù giữa các ion khác nhau sự xuất hiện của lượng lớn nồng độ ion Carbonat trong dung
dịch có sự tác động xấu lớn nhất đến quá trình hấp phụ Fluoride, Ch-Z có thể được sử dụng rất
tốt cho các mẫu nước thải thật.

II. GIỚI THIỆU
Fluoride trong tự nhiên tồn tại trong các dạng hợp chất Fluoride với các lượng khác nhau
trong khí quyển, trong nước và trong đất. Mặc dù Fluoride cần thiết cho con người với một
lượng nhất định, nó sẽ gây hại với lượng lớn. Chính vì vậy, lượng Fluoride có trong thức ăn và
nước uống phải được kiểm soát ở nồng độ trong khoảng giới hạn.
Các kĩ thuật khử Fluoride được phân loại phụ thuộc vào bản chất của các cơ chế, như là
phương pháp kết tủa, hấp phụ và trao đổi ion, điện hóa và quá trình màng và các quá trình khác
nữa. Dựa vào danh mục trích dẫn (SCI), phương pháp phân tích bibbliometric được sử dụng để
ước tính các phương pháp nghiên cứu toàn cầu về Fluoride trong dung dịch từ 2001 − 2011 và
các xu hướng nghiên cứu trong khoảng thời gian đó đã được xác định. Tổng cộng có 4223 văn
1

bản. Một trật tự cấp bậc các tần số của các từ khóa của tác giả xuất hiện trong các bài báo cho
thấy hấp phụ là đề tài được quan tâm trong kỹ thuất khử Fluoride. Từ khóa thứ hai thường
xuyên được sử dụng, bên cạnh “dung dịch – giải pháp” là “hấp phụ”, với “sorption” xuất hiện
ở vị trí thứ 7. Các từ khóa được chia thành nhiều nhóm và sự xếp hạng của các từ khóa theo
phần trăm là sorption (18,67%) > Donnan dialysis (0,74%) > trao đổi ion (0,66%) > kết tủa
(0,47%) > lọc nano (0,41%) > điện hóa (0,40%). Như vậy, có thể kết luận rằng công nghệ hấp
phụ đã được nghiên cứu rộng rãi nhất.
Để tìm các chất hấp phụ hiệu quả hơn, các chất hấp phụ đã được kiểm tra dưới các điều kiện
khác nhau.
Vật liệu có nhiều lỗ xốp, Zeolite đã được sử dung rộng rãi trong hấp phụ. Zhang chứng
minh rằng dung lượng hấp phụ tối đa Fluoride (qe) của một zeolite biến tính CaCl2 cao khoảng
1.766 mg/g khi nồng độ của Fluoride ban đầu là 100 mg/l. Mặc dù zeolite tự nhiên không phải
là chất hấp phụ thích hợp cho azo thuốc nhuộm, thậm chí còn cho thấy sự hấp phụ kém,
Armagen nhận tháy rằng dung lượng hấp phụ Cl phản ứng màu đen 5, đỏ 239 và vàng 176 trên
zeolite biến tính hexadecyl trymethylammonium (HDTMA) bromide là 111,89 và 61 mg/g.
Chutia nhận thấy, với một phần lớp phủ kép có hoạt tính bề mặt, dung lượng hấp phụ As (V)
trên HDTMA biến tính và clinoptilolite chỉ có 17,33 và 9,33 mmol/kg.
Thông thường, dung lượng hấp phụ có thể được cải thiện thông qua sự biến tính. Chitosan là
một chất có giá thành thấp và là chất biến tính thân thiện với môi trường nó được áp dụng để
biến tính montmoriolite, polyurethane, đất sét hoạt tính, bentonite, tro cây dầu cọ và perlite.
Rất nhiều hoạt động đã được thực hiện trong việc khử Fluoride với zeolite biến tính và
chitosan sau xử lý. Tuy nhiên rất ít các hoạt động được công bố nghiên cứu về hiệu suất của
chitosan-zeolite biến tính. Có thể thấy, chitosan-zeolite biến tính chỉ được áp dụng trong việc
loại bỏ kim loại nặng và nitrate trong dung dịch. Ngay cả trong các phương pháp tốt nhất hiện
nay, việc loại bỏ Fluoride khỏi dung dịch bằng chitosan-zeolite biến tính rất hiếm khi được
nghiên cứu tỉ mỉ. Xem xét đến sự cố gắng để phát triển vật liệu có khả năng loại bỏ Fluoride,
rất đáng giá để nghiên cứu chitosan-zeolite biến tính và hiệu quả của nó trong việc loại bỏ
Fluoride trong dung dịch.

Mục tiêu của hoạt động này là nghiên cứu hiệu quả của chitosan-zeolite biến tính (Ch-Z)
trong việc loại bỏ Fluoride trong dung dịch. Cấu trúc bên trong của zeolite và Ch-Z được kiểm
tra bằng FTIR, SEM, XRD, BET, TGA. Cả phương pháp hồi quy tuyến tính và phi tuyến tính
được áp dụng vào các dữ liệu thực nghiệm để xác định phương trình đẳng nhiệt thích hợp nhất.
2


Những hiệu quả của sự hấp phụ Fluoride trên Ch-Z và zeolite đã được tính toán bằng cách sử
dụng bốn loại biểu thức động học. Sự tác động của các thông số thực nghiệm, bao gồm nồng
độ ion Fluoride ban đầu, pH và các ion cùng tồn tại khác, trong hiệu quả loại bỏ cũng đã được
nghiên cứu và được mô tả chi tiết.
III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
1. Vật liệu
Bột chitosan với mức độ 90% deacetylation được lấy từ Jangsu, công ty trách nhiệm hữu
hạn công nghệ sinh học Aoxin, Trung Quốc. Zeolite tự nhiên với kích cỡ mắt lưới là 80 được
lấy từ nhà máy Zeolite Lacey Qingdao Jinshan, Trung Quốc. Để tiện lợi, mẫu nước được lấy
ngẫu nhiên từ các giếng khoang ở Huanggang, Hubei Province, Trung Quốc. Tất cả các chất
phản ứng sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm: NaF, NaNO 3, Na2CO3, Na3PO4, HCl, NaOH
và acid axetic, đều thuộc nhóm phân tích.
2. Tổng hợp Chitosan-zeolite biến tính và đặc tính cấu trúc
Trong phương pháp tổng hợp đặc trưng, bột zeolite tự nhiên được pha vào HCl 1M trong
24h với tỉ lệ rắn − lỏng là 1:10. Zeolite sau đó được rửa với nước khử ion để loại bỏ tạp chất
trên bề mặt cho đến khi pH của nước ra là 7. Zeolite tinh khiết được làm khô ở nhiệt độ 373K
trong 12h. Bột chitosan được hòa tan trong acid axetic 4% để chuẩn bị bùn chitosan, và zeolite
tinh khiết được trộn vào với tỉ lệ khối lượng tối ưu là 1:14 để hình thành Ch-Z. Trong bài
nghiên cứu, khối lượng của chitosan và zeolite là 5g và 70g. Ch-Z được làm khô ở nhiệt độ
323K suốt đêm, xay thành bột và đặt vào trong lò lần nữa ở nhiệt độ 393K trong 24h.
Nghiên cứu FTIR (NICOLET 5700) được sử dụng để nhận biết các hợp chất hóa học và
các nhóm thế của zeolite và Ch-Z trước và sau khi hấp phụ Fluoride. Nghiên cứu SEM được
tiến hành sử dụng thiết bị Quanta 200 (FEI Co) để kiểm tra chi tiết hình thái bề mặt của Zeolite

và Ch-Z. Phương trình BET (Quantachrome Autosorb-1, JEDL-6390/LV) được sử dụng để so
sánh diện tích bề mặt của Zeolite trước và sau khi biến tính với chitosan. XRD được thực hiện
với thiết bị D/MAX-ɤ A để phân tích cấu trúc tinh thể của chất hấp phụ. Diamond DSC TGDTA 6300 (TGA) được sử dụng để đo lường định lượng và phân tích sự thay đổi trong khối
lượng của vật liệu như một hàm của nhiệt độ. Nhiệt độ ban đầu là 348K đạt đến lớn nhất là
1073K, với khí mang là nitrogen.

3


3. Hấp phụ của Fluoride trên Ch-Z
Bột Ch-Z được sử dụng để loại bỏ Fluoride trong dung dịch được chuẩn bị bằng NaF và
nước khử ion. Dữ liệu cho phương trình hấp phụ đẳng nhiệt được thiết lập bởi sự liên hệ của
lượng cố định (0,4g) bột Ch-Z với Fluoride trong dung dịch. 50 mL mẫu ion Fluoride với nồng
độ khoảng từ 5 − 49 mg/L được lấy bằng pipet vào 8 erlen 150 mL. Erlen đặt trong máy rung
có điều chỉnh nhiệt và lắc trong vòng 3h ở nhiệt độ 283K, 298K, 303K với tốc độ rung là
120 rpm. Các mẫu sau đó sẽ được tách ly tâm và nồng độ Fluoride còn lại được đo bằng cách
sử dụng điện cực cảm biến ion Fluoride. Trạng thái cân bằng quá trình hấp phụ được tính toán
bằng các biểu thức sau:

qe =
Trong đó :
•

qe là dung lượng hấp phụ ở trạng thái cân bằng của Fluoride trên một đơn vị khối

lượng Ch-Z (mg/g)
• Co và Ce là nộng độ Fluoride ban đầu và nồng độ Fluoride lúc cân bằng (mg/L)
• V là thể tích của dung dịch Fluoride (L)
• m là khối lượng Ch-Z sử dụng (g).
Hiệu quả loại bỏ được tính toán bằng biểu thức:

RE% =
Trong đó: RE (%) là hiệu quả khử Fluoride.
Sự tác động của pH dung dịch và các ion cùng tồn tại như nitrate, carbonate và phosphate
được kiểm tra bằng chế độ theo mẻ. Tác động của giá trị pH trong quá trình loại bỏ Fluoride
được kiểm tra trong khoảng pH 2 − 12. pH của dung dịch được điều chỉnh bằng dung dịch
HCL 1M và NaOH 1M. Hai nhóm thí nghiệm kiểm soát được thực hiện để kiểm tra các tác
động của các ion cùng tồn tại trong quá trình hấp phụ Fluoride. Một được kiểm tra bằng cách
biến tính nồng độ Fluoride ban đầu và thay đổi nồng độ các ion cùng tồn tại ở cùng pH trong
khi các mẫu khác được tiến hành ở các giá trị pH thay đổi. Tất cả các thí nghiệm được tiến
hành 2 lần và kết quả được trình bày ở dạng trung bình.

4


4. Phương pháp xử lý dữ liệu
Trong việc này, các phương trình đẳng nhiệt Langmuir, Freundlich và Redlich-Peterson
được thông qua cho dữ liệu mô hình cân bằng hấp phụ. Phương pháp tuyến tính bình phương
nhỏ nhất với phương trình đẳng nhiệt tuyến tính đã được sử dụng rộng rãi để xác định dữ liệu
thực nghiệm và đường đẳng đẳng nhiệt để xác định các hệ số xác định. Đường đẳng nhiệt
Langmuir thường tuyến tính cũng như bốn phương pháp hồi quy tuyến tính khác, trong khi
đường đẳng nhiệt Freundlich có 2 loại tuyến tính khác nhau. Phương pháp phi tuyến tính cũng
được áp dụng để tìm ra đường đẳng nhiệt phù hợp nhất thông qua các phép thử và phương
pháp báo lỗi bằng cách sử dụng bộ giải gộp vào kèm trong Microsoft Excel.
Phương pháp pseudo-first-order, pseudo-second-order, Elovich và mô hình khuếch tán
trong hạt đã được sử dụng để mô tả các quá trình động học hấp phụ.

Hình 1. Ảnh SEM của zeolite (a, c) và Ch-Z (b, d)

5

Nói chung, dựa vào độ lớn của các hệ số xác định cho các hồi quy tuyến tính và phi tuyến
tính, tính chính xác phù hợp cho dữ liệu thực nghiệm ở trạng thái cân bằng cho mô hình đẳng
nhiệt có thể được đánh giá. Hệ số xác định là:

r2 =
Trong đó:
•
•

qm là dung lượng hấp phụ lúc cân bằng thu được từ mô hình đẳng nhiệt
qe là dung lượng hấp phụ thực nghiệm, và là trung bình của qe.

III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1. Phân tích SEM
Hình thái của zeolite và Ch-Z được mô tả bằng cách sử dụng SEM, và kết quả được trình
bày trong hình 1. Như đã nhấn mạnh trong hình 1(a) và 1(b) bằng cách khoanh đỏ các vị trí
cần lưu ý, chitosan đã được phân tán ngẫu nhiên trên bề mặt zeolite chứ không bị giới hạn.
Kích thước của Ch-Z là 22,58 µm trong khi zeolite tự nhiên chỉ là 10,91 µm.
2. Phân tích FTIR và TGA
Hình 2(a) cho thấy đặc điểm của phổ FTIR của Ch-Z và Zeolite. Cả hai vật liệu đều có phổ
tương tự, và chỉ có một số khác biệt nhỏ trong peak và cường độ truyền được quan sát. Nguyên
nhân là do zeolite tạo thành trong các vật liệu tổng hợp lớn hơn so với trong lớp phủ chitosan.
Ngoài ra, trong hình 2(a), sự dao động nhóm O-H kéo dài của zeolite được quan sát thấy ở
3628 cm-1. Peak ở 1032 cm-1 có cường độ truyền mạnh trong cả hai phổ cho thấy sự liên kết
mạnh của C-O, trong khi Arora nhận thấy liên kết C-O mạnh ở peak 1021 cm -1. Peak yếu nhất
trong khoảng 1645 cm-1 chỉ liên kết amin bậc 3 (C-N). Trong một báo cáo trước đó peak này
quan sát được ở 1655 cm-1. Những sự khác nhau này có thể được gây ra bởi sự khác nhau trong
vật liệu và quá trình tổng hợp. Sự thay đổi các hợp chất hóa học và các nhóm thế của Ch-Z

trước và sau khi hấp phụ Fluoride được trình bày trong hình 2(b) cho Ch-Z và Ch-ZF. Cường
độ hấp phụ đặc trưng (liên kết C-O ở 1021 cm -1, liên kết C-N ở 1645 cm -1, O-H kéo dài dao
động ở 3628 cm-1) tăng lên sau khi hấp phụ Fluoride, điều có thể là do tương tác giữa các
nhóm bề mặt và ion Fluoride.
TGA cho thấy rằng lớp phủ chitosan chiếm 1,87% tổng khối lượng của Ch-Z. Trong so
sánh, khoảng 8% chitosan có thể được phủ lên silica để khử Fluoride.
6


3. Phân tích XRD
Mẫu XRD của zeolite và Ch-Z (hình 3) cho thấy một vài thay đổi. Những peak trong
khoảng 36,600 chuyển dịch một cách rõ ràng và những peak tại 27,84 0 tăng cường độ. Những
peak tại 20,9; 23,8; 26,4; 36,6 và 50,2 0 hiển thị những peak đặc trưng giống với clinoptilolite,
cho thấy rằng cấu trúc tinh thể của zeolite không thay đổi sau khi biến dổi với chitosan. Trong
những thí nghiệm trước, XRD của Ch-Z khác biệt đáng kể so với các zeolite chưa biến tính do
chitosan vào và kéo dài trong kênh và lỗ rỗng của zeolite. Xem xét thông tin này và phân tích
SEM, nó là hợp lý để đưa ra rằng chitosan phủ trên bề mặt của zeolite hơn là bên trong các lỗ
rỗng của zeolite. Sau khi đun nóng ở 393K trong 24h, nhận thấy không có sự thay đổi nào
trong mạng tinh thể, chỉ có sự thay đổi cường độ các peak, nó chứng tỏ rằng sự ổn định hóa
học của nó dưới điều kiện nhiệt độ cao.

Hình 2. Phổ FTIR trong hình (a) zeolite
và (b) Ch-Z trước và sau hấp phụ Fluoride trên Ch-Z

7


Hình 3. Phổ XRD của zeolite (đường màu đen) và Ch-z (đường màu đỏ)
4. Phân tích BET
Diện tích bề mặt của zeolite thay đổi khi biến tính. Diện tích bề mặt riêng và đường kính lỗ

rỗng trung bình của zeolite tương ứng là 29,02 m 2/g và 81,33 Å. Diện tích bề mặt riêng và
đường kính lỗ rỗng trung bình của Ch-Z tương ứng là 28,72 m2/g và 77,01 Å.
5. Động học hấp phụ
Các ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc trong quá trình hấp phụ của Fluoride trên zeolite và
Ch-Z được mô tả trong hình 4. Dung lượng hấp phụ (lượng Fluoride trên một đơn vị khối
lượng của Ch-Z) tăng nhanh với thời gian lên đến 6 phút và sau đó tăng dần từ 7-60 phút.Cân
bằng hấp phụ của Ch-Z đã đạt được trong vòng 180 phút. Trong khoảng thời gian này, dung
lượng lớn nhất khử Fluoride của Ch-Z là 4,16 mg/g, trong khi của zeolite chỉ có 1,46 mg/g.
Zhang nhận thấy rằng, với CaCl 2 biến tính, dung lượng khử Fluoride của zeolite tăng từ 0,728
đến 1,862 mg/g. Trong khi đó, khả năng khử Fluoride trên các hạt chitosan và các hạt chitosan
được thêm một proton là 0,52 và 1,664 mg/g. Điều này chỉ ra rằng zeolite biến tính có dung
lượng khử Fluoride lớn hơn zeolite chưa biến tính. Dựa trên những phát hiện này, thời gian lắc
trong tất cả các thí nghiệm được cài đặt là 180 phút.

8


Hình 4. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc đối với sự hấp phụ của Fluoride vào zeolite
và Ch-Z (nồng độ Fluoride ban đầu: 40mg L-1, liều lượng hấp phụ: 0,4 g L-1,
thời gian tiếp xúc: 250 phút, nhiệt độ: 298K, pH: 6,7 ± 0,1).
Dữ liệu lúc cân bằng khớp với pseudo-first-order, pseudo-second-order, Elovich và mô
hình phân tán bên trong hạt. Tỷ lệ không đổi K 1 của mô hình pseudo-first-order được tính từ
đường dốc và phần mặt phẳng bị chắn của biểu đồ tuyến tính của log(q e-qt) theo t. Tỷ lệ không
đổi K2 của mô hình pseudo-second-order được tính toán từ biểu đồ tuyến tính của (t/q t) theo t.
Bản chất tuyến tính của biểu đồ qt theo t được đề xuất cho các ứng dụng cho mô hình động học
Elovich, nơi mà tỉ lệ hấp phụ ban đầu a và hằng số giải hấp b được xác định tương ứng là mặt
phẳng bị chắn và độ dốc của đường cong. Các yếu tố tiến đến sự cân bằng dựa trên phương
trình Elovich (RE) có thể liên quan đến 1/(qeb), thu được bằng cách vẽ đồ thị (qt/qe) theo (t/te).
Để mô tả quá trình hấp phụ phân tán trong hạt, q t được vẽ như hàm bậc hai của thời gian (t 1/2).
Kết quả được liệ kê trong bảng 1.

Hệ số tương quan (r2) cho mô hình động học pseudo-second-order có giá trị cao nhất
(0,9998), và tính toán giá trị của qe được tìm thấy rất gần với các giá trị đo cho mô hình này.
Do đó mô hình pseudo-second-order là phương pháp tốt nhất để mô tả đông học của quá trình
hấp phụ Fluoride Ch-Z. Nhìn chung, mô hình pseudo-second-order được áp dụng cho các vật
liệu không đồng nhất trải qua các phản ứng hóa học. Đối với quá trình hấp phụ trên zeolite
chưa biến tính, thì mô hình khuếch tán trong hạt là mô hình phù hợp nhất.

9


Phương trình Elovich phù hợp với quá trình hấp phụ Fluoride của cả hai chất hấp phụ. Các
đường cong xuất hiện hoặc là phẳng hoặc là dốc với giá trị RE khác nhau. Nó được biết rằng
đường cong tăng nhẹ khi RE nằm trong khoảng 0,1 và 0,3 và tăng nhanh khi RE nằm trong
khoảng 0,02 và 0,1. Giá trị RE của quá trình hấp phụ Fluoride trên Zeolite là 0,2 trong thí
nghiệm này, phản ánh thực tế rằng đường cong tăng nhẹ. Như giá trị RE của quá trình hấp phụ
Fluoride trên Ch-Z là 0,07, đường cong tăng nhanh.
Bảng 1. Các thông số động học đối với sự hấp thụ của Fluoride vào zeolite và Ch-Z

6. Sự tác đông của pH
Bởi vì chitosan có thể hình thành ở dạng gel hay hòa tan phụ thuộc vào giá trị pH, vật liệu
bị phủ bởi chitosan rất nhạy cảm với pH. Có sự tác động đáng kể của pH đến quá trình hấp phụ
trên Ch-Z trong khoảng pH 2,0 – 12,0. Dung lượng hấp phụ (q e) của Fluoride trên Ch-Z ở nhiệt
độ 298K với dung dịch chứa nồng độ Fluoride ban đầu khoảng 10 và 21M được trình bày
trong hình 5. Hai đường cong tương tự. Tại hai nồng độ ban đầu Fluoride, dung lượng hấp phụ
đạt mức cục đại trong khoảng pH 4,5 và 5,5. Trong khoảng pH acid, lượng Fluoride bị hấp phụ
tăng nhẹ đến cục đại và giảm xuống, điều này có thể do sự hình thành acid hidrofluorid yếu.
Trong khoảng pH kiềm, khả năng hấp phụ đầu tiên giảm chậm. Khi pH trên 8,5, khả năng hấp
phụ Fluoride giảm mạnh, điều này có thể là kết quả của sự cạnh tranh ion hydroxyl với ion
Fluoride trên Ch-Z.
10

7. Ảnh hưởng của các ion cùng tồn tại
Trong tự nhiên, nước ô nhiễm Fluoride luôn chứa một vài các anion khác có thể cạnh tranh
với Fluoride. Để nghiên cứu các ảnh hưởng của các ion cùng tồn tại, việc nghiên cứu hấp phụ
được thực hiện với việc bổ sung từ 0,2 và 100mg/L muối hòa tan của NO 3-, CO32- và PO43- .
Nồng độ Fluoride ban đầu trong thí nghiệm là 5 và 49mg/L. Sự ảnh hưởng của các ion cùng
tồn tại trong việc loại bỏ Fluoride được so sánh với hai điều kiện: không đổi, kiểm soát pH và
không điều chỉnh pH. Kết quả được trình bày trong hình 6.

Hình 5. Những ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ fluoride vào Ch-Z
(liều lượng hấp phụ: 0,4 g L-1, thời gian tiếp xúc: 3h, nhiệt độ: 298K)
Mặc dù nồng độ ban đầu của Fluoride và giá trị pH trong 2 thí nghiệm là khác nhau, những
ảnh hưởng tiêu cực đã được quansat1 đối với các ion NO 3-, CO32- và PO43- trong mỗi thí
nghiệm. Tầm quan trọng của các ảnh hưởng khác nhau giữa các thí nghiệm. Nếu không điều
chỉnh pH, thì việc thêm vào các ion PO 43- và CO32- tác động đến việc loại bỏ Fluoride nhiều
hơn là ion NO3-. Tác dụng ức chế quá trình loại bỏ Fluoride tăng theo thứ tự CO 32- > PO43> NO3- . Thứ tự ảnh hưởng của các ion vẫn như cũ nhưng hiệu ứng yếu đi khi pH được thiết
lập ở mức 6,5 0,5. Điều này chỉ ra rằng yếu tố quan trọng trong ảnh hưởng của các ion cùng
tồn tại trong việc loại bỏ Fluoride là thay đổi pH do việc thêm muối chứ không phải là do sự
hấp phụ cạnh tranh của các ion cùng tồn tại.
Ch-Z và zeolite được áp dụng để xử lý mẫu nước thật với nồng độ cao Fluoride để tiếp tục
nghiên cứu các ứng dụng thực tế của chất hấp phụ. Như trong hình 7, các ion cùng tồn tại
trong mẫu nước thật ít ảnh hưởng đến quá trình loại bỏ Fluoride bởi Ch-Z hơn là zeolite tinh
khiết.
11


Kết quả đã chỉ ra rằng các ion cùng tồn tại với nồng độ tự nhiên không tác động đến quá
trình hấp phụ Fluoride trên Ch-Z.
8. Quá trình hấp phụ cân bằng đẳng nhiệt.

Hệ số tương quan (r2) cho phương pháp hồi quy tuyến tính mô tả sự hấp phụ của Fluoride
trên Ch-Z tại nhiệt độ 283, 293 và 298K được trình bày ở bảng 2.
Sự khác nhau đáng kể của các hệ số tương quan thu được bằng cách sử dụng các hình thức
tuyến tính khác nhau của đường đẳng nhiệt Langmiur. Hơn nữa, sự chuyển đổi phi tuyến tính
của đường đẳng nhiệt Langmiur với các hình thức tuyến tính khác có thể ngấm ngầm làm thay
đổi sai các cấu trúc của chúng và vi phạm các lỗi và các giả thuyết bình thường về tiêu chuẩn
bình phương tối thiểu. Do đó, nó đã được kết luận rằng các phương pháp hồi quy tuyến tính là
không thích hợp cho mô hình hấp phụ Fluoride trên Ch-Z.Tối ưu hóa phi tuyến tính, một
phương pháp toán học phức tạp, cung cấp chính xác hơn việc xác định các tham sô đường
đẳng nhiệt. Điều này là do không có vấn đề với sự chuyển đổi của phương trình đẳng nhiệt phi
tuyến tính thành dạng tuyến tính, và các cấu trúc lỗi vẫn như cũ.
Dựa trên phương pháp phi tuyến tính, Redlich-Peterson và phương trình đẳng nhiệt
Freundlich có cùng sự xác định các hệ số và chúng cao hơn so với đường đẳng nhiệt Langmiur.
Các đường đẳng nhiệt được vẽ trong các hình thức dựa trên hấp phụ Fluoride trên một đơn vị
khối lượng Ch-Z, qe, so với nồng độ Fluoride còn lại trong dung dịch, C e. Hình 8 cho thấy đổ
thị của các dữ liệu thực nghiệm phù hợp với hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich và RedlichPeterson ở nhiệt độ khác nhau. Phương pháp phi tiếp tuyến Freundlich và Redlich-Peterson
phù hợp hơn so với đường đẳng nhiệt Langmuir. Trong thỏa thuận cới công việc của Onyango
và Kamble. Để xác nhận sự khác nhau của các phương pháp phi tiếp tuyến và mối tương quan
của họ với kết quả thực nghiệm, kết quả phi tiếp tuyến được trình bày trong
bảng 3.
Dung lượng hấp phụ lớn nhất, q m, đã được tìm thấy để tăng từ 4,95 – 5,5 mg/g tương ứng
cho sự gia tăng nhiệt độ dung dịch từ 288 lên 298 K, điều đó chỉ ra rằng việc hấp phụ Fluoride
trên Ch-Z bản chất là thu nhiệt.
Như được trình bày trong hình 8©, hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich và Redlich-Peterson
thích hợp hơn là đẳng nhiệt Langmuir cho dữ liệu thu được tại các giá trị pH. Dung lượng hấp
phụ Fluoride tại pH 5,3 cao hơn nhiều so với tại pH 9. Ảnh hưởng của pH tại các nồng độ ban
đầu Fluoride phù hợp với ảnh hưởng tại các giá trị pH khác, và được trình bày trong hình 5.
12

Hình 6. Những ảnh hưởng của các ion cùng tồn tại và pH
đến sự hấp phụ của Fluoride vào Ch-Z
(liều lượng chất hấp phụ: 0,4 g L-1, thời gian tiếp xúc: 3h, nhiệt độ: 298K)

Hình 7. Hiệu quả loại bỏ fluoride trong mẫu nước và nước khử ion
(hàm lượng florua ban đầu: 3,68 mg L-1, liều lượng chất hấp phụ: 0,4 g L-1,
nhiệt độ: 298K)

13


Bảng 2. Hệ số xác định cho các mô hình hồi quy tuyến tính

Bảng 3. Các thông số của sự hấp thụ của fluoride vào Ch-Z
sử dụng phương pháp hồi quy phi tiếp tuyến

IV. KẾT LUẬN
Chitosan-zeolite biến tính có khả năng khử Fluoride cao gấp 3 lần so với zeolite tự nhiên,
mặc dù chitosan không phủ hoàn toàn zeolite. Dung lượng hấp phụ của Ch-Z đối với Fluoride
phụ thuộc vào pH của dung dịch, nồng độ Fluoride và loại ion cùng tồn tại trong dung dịch.
Khoảng pH thích hôp là 5 0,5. Sự có mặt của các anion ảnh hưởng tiêu cực đến sự hấp phụ
Fluoride, chủ yếu là do sự thay đổi pH đặc biệt trong trường hợp của CO 32- và PO43-. Cách tiếp
cận tốt nhất cho mô hình hóa động học của quá trình hấp phụ của Fluoride trên Ch-Z là mô
hình pseudo-second-order. Các quá trình động học của quá trình hấp phụ Fluoride trên Ch-Z
được nâng cao hơn so với zeolite tự nhiên. Phương trình đẳng nhiệt phi tiếp tuyến Freudlich và
Redlich-Peterson phù hợp nhất cho quá trình hấp phụ Fluoride trên Ch-Z ở nhiệt độ khác nhau
dựa trên hệ số tương quan.

14

Hình 8. Giữ

nguyên các điều kiện

trong hấp phụ

đẳng nhiệt,

thay đổi tại các

nhiệt độ khác nhau

(liều lượng hấp

phụ: 0,4 g L-1, thời

gian tiếp xúc: 3h)

15