Ứng dụng than hoạt tính thu hồi nguyên tố đất hiếm terbi từ dung dịch lỏng

Thí nghiệm hấp phụ: Sử dụng bình phản ứng thủy tinh lắc cơ học ở 25 ° C để nghiên cứu sự hấp phụ trên than hoạt tính thông qua các thí nghiệm hàng loạt. Đối với thí nghiệm hấp phụ, hòa tan terbi nitrat hexahydrat trong nước để thu được dung dịch 1g / L. Sau đó, 0,025 g than hoạt tính được tiếp xúc với 0,1 L dung dịch terbi (giá trị pH là 5) chứa 0,005 g / L kim loại. Để phân tích ảnh hưởng của pH, giá trị pH của dung dịch được điều chỉnh bằng HCl 0,1M cho đến khi đạt được giá trị pH yêu cầu bằng cách sử dụng đệm trong máy đo pH hiệu chuẩn.
Thí nghiệm giải hấp: Thí nghiệm giải hấp cũng được thực hiện trong bình phản ứng thủy tinh có lắc cơ học ở nhiệt độ phòng. Để thu hồi terbi bị hấp phụ trên than hoạt tính, chất hấp phụ đã lọc được nạp terbi được thêm vào dung dịch HCl 0,2M và 0,5M. Ngoài ra, đối với một liều lượng cố định của than hoạt tính nạp terbi, các thể tích dung dịch giải hấp phụ khác nhau đã được nghiên cứu. Sau một khoảng thời gian tương ứng, đánh giá nồng độ trong dung dịch thu được và tốc độ giải hấp.

Các đặc tính của cấu trúc xốp được đo bằng phương pháp hấp phụ-giải hấp nitơ sử dụng diện tích bề mặt gia tốc và phương pháp tạo độ xốp. Đường đẳng nhiệt giải hấp phụ của than hoạt tính được thể hiện trong Hình 1. Sự gia tăng đáng kể lượng hấp phụ ở áp suất thấp đã được tìm thấy, điều này cho thấy sự hiện diện của các vật liệu vi xốp. Ngoài ra, có thể quan sát thấy một vòng lặp trễ. Phần dưới của vòng lặp trễ biểu thị sự lấp đầy của trung bì, trong khi phần trên là do làm trống. Do đó, kết quả thu được cho thấy vật liệu thu được có cả vi hạt và trung bì.

Hình ảnh hiển vi FE-SEM của than hoạt tính được thể hiện trong Hình 2. Than hoạt tính thu được cho thấy các đại bào tử không đồng đều trên bề mặt và có một số lượng lỗ rỗng nhỏ. Ngoài ra, bề mặt rỗ và nứt đã được tìm thấy. Do quá trình xử lý nên bề mặt là đại diện tiêu biểu của than hoạt tính vật lý. Tuy nhiên, ở độ phóng đại cao hơn, có thể quan sát được các vi cấu trúc trung tính. Người ta thấy rằng kích thước lỗ nhỏ hơn 1 μm. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả của phép đo BET, cho thấy cấu trúc trung tính của vật liệu được nghiên cứu.

Ảnh hưởng của giá trị pH của dung dịch được tìm thấy thông qua thử nghiệm hấp phụ, và nó tăng lên khi giá trị pH tăng lên. Nói chung, than hoạt tính thể hiện một điểm pH bằng không (pH PZC) thấp. Ở giá trị pH thấp hơn giá trị pH tương ứng của PZC, bề mặt của than hoạt tính mang điện tích dương, trong khi ở giá trị pH cao hơn giá trị pH của PZC, bề mặt mang điện tích âm. Kết quả thu được có thể chỉ ra rằng bề mặt dòng điện xoay chiều chủ yếu tích điện dương ở pH từ 2-3, do đó có lực đẩy tĩnh điện giữa bề mặt và ion terbi của nguyên tố đất hiếm. Do đó, hầu như không xảy ra hiện tượng hấp phụ. Tuy nhiên, khi giá trị pH tăng lên, bề mặt của than hoạt tính trở nên tích điện âm, và sự hấp phụ của terbi tăng lên. Người ta thấy rằng phần trăm độ hấp phụ của pH 2, 3, 4 và 5 lần lượt là 32,5%, 65% và 87,5%. Do đó, thí nghiệm hấp phụ tiếp theo được thực hiện ở pH 5, và trong điều kiện thí nghiệm hiện tại, một độ hấp phụ lớn hơn đã thu được.
Vì nhiệt độ thực hiện quá trình hấp phụ có thể làm tăng hoặc hạn chế quá trình, một số thí nghiệm đã được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau. Người ta thấy rằng khi nhiệt độ tăng, khả năng hấp phụ tăng lên. Khi nhiệt độ tăng từ 25 ° C đến 40 ° C, hiệu ứng này trở nên rõ ràng hơn, và phần trăm hấp phụ tăng từ 87,5 đến 97,7%. Ngoài ra, khi nhiệt độ thí nghiệm tăng lên 60 ° C, quá trình hấp phụ của các nguyên tố đất hiếm gần về định lượng. Kết quả thu được chỉ ra rằng sự tăng nhiệt độ thực tế không ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ. Mặt khác, khi nhiệt độ tăng, trạng thái cân bằng đạt được sớm hơn. Thời gian cân bằng để đạt 25 °C là 60 phút, và thời gian cân bằng để đạt 40 °C và 60 °C gần như giống nhau, tương đương với 40 phút.
Để phân tích dãy động học liên quan đến quá trình hấp phụ của các nguyên tố đất hiếm, và lắp nó vào mô hình tương ứng. Đối với dải nhiệt độ 25–60 °C, dữ liệu thí nghiệm phù hợp nhất là mô hình động học bậc hai giả. Do đó, hằng số động học và khả năng hấp phụ cân bằng được tìm thấy khi nhiệt độ tăng. Điều đáng chú ý ở đây là ở ba nhiệt độ, dung lượng hấp phụ tính toán tương tự như dung lượng hấp phụ thực nghiệm.

Sử dụng than hoạt tính được nạp terbi để nghiên cứu bước hấp thụ. Các chất rắn này được cho tiếp xúc với dung dịch HCl có nồng độ 0,2M và 0,5M, người ta phân tích thể tích dịch rửa giải trên mỗi khối lượng chất hấp phụ. Khi mối quan hệ giữa thể tích dung dịch rửa giải (mL) / khối lượng cacbon hoạt tính (g) tăng lên, phần trăm giải hấp trên thực tế là như nhau đối với hai nồng độ HCl được sử dụng trong thí nghiệm giải hấp. Tuy nhiên, khi tăng nồng độ của dịch rửa giải từ 0,2M lên 0,5M, tỷ lệ thu hồi kim loại trong dịch rửa giải tăng từ 66% lên 86%. Những kết quả này chỉ ra rằng các nguyên tố đất hiếm có thể được thu hồi tốt từ than hoạt tính do tải trọng thu được.
Than hoạt tính thu hồi nguyên tố đất hiếm terbi từ dung dịch lỏng, điều này chứng tỏ rằng than hoạt tính đã chuẩn bị có thể hấp phụ terbi và có thể thu hồi tốt hơn nguyên tố đất hiếm trong dung dịch nước. Than hoạt tính được tạo ra có một số đặc điểm, và đường đẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp nitơ cho thấy có cả vi hạt và trung bào. Khả năng hấp phụ của than hoạt tính tăng khi pH tăng (từ 2 đến 5), có thể do điện tích bề mặt của than hoạt tính tạo thành. Ngoài ra, khả năng hấp phụ được nhận thấy là tăng theo nhiệt độ, cho thấy rằng đây là một quá trình thu nhiệt. Dữ liệu thí nghiệm phù hợp nhất tương ứng với đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir loại 1 và mô hình động học bậc hai giả. Ngoài ra, các nghiên cứu nhiệt động lực học đã chỉ ra rằng quá trình hấp phụ của than hoạt tính đối với terbi là thu nhiệt và tự phát. Cuối cùng, khử hấp thụ terbi khỏi than hoạt tính được nạp trong điều kiện có tính axit. Tỷ lệ giải hấp của terbi khoảng 87%, cho thấy có thể thu hồi terbi bằng than hoạt tính.