Tổng hợp vật liệu mn – uio – 66 và ứng dụng hấp phụ pb (ii)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC TRẦN THỊ NGỌC UYÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: TỔNG HỢP VẬT LIỆU Mn – UiO – 66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ Pb (II) Lớp Chuyên ngành : 19SHH : Sư phạm Hóa học Đà Nẵng, tháng năm 2023 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA HÓA HỌC TRẦN THỊ NGỌC UYÊN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: TỔNG HỢP VẬT LIỆU Mn – UiO – 66 VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ Pb (II) Giảng viên hướng dẫn: TS VÕ THẮNG NGUYÊN Đà Nẵng, tháng năm 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu riêng tơi dự hướng dẫn TS Võ Thắng Nguyên, Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Các số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Một số kết luận văn kết chung nhóm nghiên cứu hướng dẫn TS Võ Thắng Nguyên Người thực đề tài Trần Thị Ngọc Uyên ii LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu đề tài “Tổng hợp vật liệu Mn – UiO – 66 ứng dụng hấp phụ Pb(II)” em nhận giúp đỡ nhiệt tình từ thầy giáo Bằng biết ơn kính trọng em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm – Đại học Đà Nẵng toàn thể thầy cô giáo môn thầy cô giáo cơng tác phịng thí nghiệm tận tình truyền đạt kiến thức quý báu, hỗ trợ sở vật chất, dụng cụ thí nghiệm giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Võ Thắng Nguyên người trực tiếp hướng dẫn khoa học dành nhiều thời gian, công sức hướng dẫn em suốt trình thực nghiên cứu hồn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp Tuy có nhiều cố gắng, đề tài nghiên cứu khoa học khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung thầy để khóa luận hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ viii MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1.1 Tổng quan ô nhiễm kim loại nặng 1.1.1 Giới thiệu sơ lược kim loại nặng 1.1.2 Nguồn gốc tác hại nước nhiễm kim loại nặng sức khỏe người 1.2 Các phương pháp xử lý ion kim loại nặng nước .5 1.2.1 Phương pháp kết tủa hóa học .5 1.2.2 Phương pháp trao đổi ion 1.2.3 Phương pháp điện hóa .6 1.3 Phương pháp hấp phụ .6 1.3.1 Khái niệm hấp phụ .6 1.3.2 Hấp phụ môi trường nước 1.3.3 Động lực học hấp phụ 1.3.4 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 1.3.5 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir .9 1.4 Giới thiệu vật liệu MOFs 10 1.4.1 Giới thiệu chung vật liệu MOFs 10 1.4.2 Cấu trúc vật liệu MOFs 11 iv 1.4.3 Tính chất MOFs ứng dụng 13 1.5 Vật liệu University of Oslo-66 (UiO-66) 14 1.5.1 Giới thiệu vật liệu biến tính Mn-UiO-66 16 1.5.2 Phương pháp nhiệt dung môi 16 CHƯƠNG .18 2.1 Phương pháp nghiên cứu 18 2.1.1 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu .18 2.1.2 Phương pháp phân tích 22 2.2 Thực nghiệm 24 2.2.1 Hóa chất 24 2.2.2 Dụng cụ thiết bị 25 2.3 Tổng hợp vật liệu 25 2.3.1 Tổng hợp vật liệu UiO-66 25 2.3.2 Tổng hợp vật liệu Mn-UiO-66 26 2.4 Lập đường chuẩn Mn-UiO-66 27 2.5 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 28 2.5.1 Ảnh hưởng pH dung dịch 28 2.5.2 Ảnh hưởng thời gian 28 2.5.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 28 2.5.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Pb(II) .28 2.5.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 29 CHƯƠNG .30 3.1 Đặc trưng vật liệu UiO – 66 30 3.1.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) 30 3.1.2 Kính hiển vi điện tử quét SEM 31 3.1.3 Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT IR) 32 3.2 Xây dựng đường chuẩn vật liệu .32 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ 33 3.2.1 Ảnh hưởng pH dung dịch 33 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian 34 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu 37 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Pb(II) 38 v 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 Kết luận 42 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 vi DANH MỤC VIẾT TẮT MOFs Vật liệu khung kim loại – hữu (metal – organic frameworks) UiO-66 University of Oslo-66 SBUs Secondary Building Units DPV Different Pulse Voltammetry SEM phương pháp hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy) XRD phổ nhiễu xạ tia X (X – ray diffraction) FT-IR phổ hồng ngoại chuyển hóa fourier (fourier transform infrared spectrometer) GCE điện cực than thủy tinh (Glassy Carbon Electrode) EDX Phổ tán xạ lượng tia X (Energy-Dispersive X-ray spectroscopy) vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng biểu bảng biểu Bảng 2.1 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Trang Hoá chất sử dụng nghiên cứu 21 Các tham số phương trình động học biểu kiến dung 31 dịch Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 Các tham số đẳng nhiệt dạng tuyến tính 34 Các thơng số nhiệt động q trình hấp phụ Pb(II) lên Mn- 36 UiO-66 viii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc MOFs 10 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể MOF-5 10 Hình 1.3 Mơ tả cấu trúc hình học SBUs 11 Hình 1.4 Mơ tả cấu trúc hình học cầu nối hữu 11 Hình 1.5 Vật liệu MTV-MOF-5 11 Hình 1.6 Diện tích bề mặt vật liệu MOFs vật liệu truyền thống 12 Hình 1.7 Mơ tả cấu trúc UiO-66 13 Hình 1.8 Phân biệt trạng thái hydroxyl hoá dehydroxyl hoá 14 Hình 2.1 Nguyên lý phương pháp XRD sơ đồ chùm tia tới chùm tia nhiễu xạ tinh thể 16 Hình 2.2 Máy đo nhiễu xạ tia X D8 Advance Eco – Bruker 17 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động SEM 18 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động máy quang phổ hồng ngoại 19 Hình 2.5 Thiết bị đo phổ hồng ngoại JASCO FT/IR-6800 19 Hình 2.6 Máy đo điện hóa CPA-HH5B (hình a), hệ điện cực sử dụng máy đo điện hóa CPA-HH5B (hình b) 21 Hình 3.1 Giản đồ XRD cúa UiO-66 26 Hình 3.2 Giản đồ XRD Mn-UiO-66 26 Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu UiO-66 27 Hình 3.4 Ảnh SEM vật liệu Mn-UiO-66 27 Hình 3.5 Phổ hồng ngoại bột UiO-66 Mn-UiO-66 27 Hình 3.6 Đồ thị đường chuẩn Pb (II) 28 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Ảnh hưởng pH môi trường đến dung lượng hấp phụ Pb (II) Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Pb(II) Mn-UiO-66 vào thời gian Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc quátrình hấp phụ Pb(II) 29 30 31 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc trưng vật liệu UiO – 66 3.1.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu vật liệu UiO-66 Mn-UiO-66 thể qua Hình 3.1 hình 3.2 100 7.34 90 Cường độ (a.u) 80 70 25.67 60 50 8.45 40 30 20 10 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 50 60 Theta (o) Hình 3.1 Giản đồ XRD cúa UiO-66 140 Cường độ (a.u) 120 7.34 100 80 25.67 60 8.45 40 20 0 10 20 30 Theta 40 (o) Hình 3.2 Giản đồ XRD Mn-UiO-66 Từ giản đồ XRD vật liệu mơ tả Hình 3.2 ta thấy đỉnh đặc trưng UiO 66 thể giá trị 2θ 7,34°; 8,45° 25,67° tương ứng với 31 mặt phản xạ (111), (200), (442) Kết cho thấy mẫu UiO-66 MnUiO-66 tổng hợp thành công Mn không làm thay đổi cấu trúc tinh thể UiO-66 3.1.2 Kính hiển vi điện tử quét SEM phổ EDX Hình thái vật liệu đánh giá qua hình ảnh SEM Thơng qua hình ảnh qt ta thấy hình thành vật liệu giải thích xem xét tương tác có chất phản ứng Trong đó, tinh thể UiO-66 hình thành từ hạt đa diện có kích thước đồng liên kết với tạo thành khối liên kết lớn Khi trải qua q trình biến tính Mn2+, tương tác ion Mn2+ vật liệu UiO-66 phá vỡ cấu trúc khối liền mạch vật liệu UiO-66 ban đầu thành cụm nhỏ phân tán tốt Hình 3.3 Ảnh SEM vật liệu UiO-66 (trái) Mn-UiO-66 (phải) Kết phân tích phổ tán sắc lượng cho thấy khối lượng trung bình C, O, Zr Mn 66,30%; 25,93%; 7,72% 0,04% Ion kim loại khó kết hợp vào khung, lý phần trăm khối lượng kim loại Mn thấp Hình 3.4 Phổ EDX vật liệu Mn-UiO-66 32 3.1.3 Phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FT IR) Hình 3.5 Phổ hồng ngoại bột UiO-66 Mn-UiO-66 Phổ hồng ngoại UiO-66 MnUiO-66 gần giống nhau, chứng tỏ nhóm chức UiO-66 khơng bị thay đổi sau biến tính Tuy nhiên cường độ độ rộng đỉnh mẫu UiO-66 tăng đáng kể sau biến tính Các đỉnh khoảng từ 450 cm1 đến 750 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết nhóm –OH C–H Đỉnh đặc trưng cho liên kết Zr–O xuất số sóng 1100 cm-1 Các đỉnh khoảng từ số sóng 1580 cm-1 đến 1430 cm-1 đặc trưng cho nhóm O=C–O Dễ thấy có đỉnh chân rộng 3450 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH nước giữ lại cấu trúc tinh thể vật liệu Sau thêm ion Mn đỉnh 3450 cm-1 trở nên rộng cao hơn, điều giải thích gia tăng kích thước thể tích lỗ cấu trúc vật liệu MnUiO-66 giúp hấp phụ phân tử nước tốt 3.2 Xây dựng đường chuẩn vật liệu Đồ thị phụ thuộc cường độ dòng đỉnh phép đo DPV dung dịch Pb(II) vào nồng độ ion kim loại thể Hình 33 0.3 y = 0.0024x + 0.0255 R² = 0.9944 0.25 I(mA) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 20 40 60 80 100 C (ppm) Hình3.6 Đồ thị đường chuẩn Pb (II) Phương trình đường chuẩn Pb(II) dựa kết hồi quy tuyến tính: Ip(mA) = 0.0024CPb(II) + 0.0255; R² = 0.9944 Qua đó, ta thấy hệ số tương quan R2 ≈ nên sử dụng phương pháp voltampere hòa tan, kĩ thuật xung vi phân (DPV) để xác định nồng độ Pb(II) nước 3.3 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp phụ Pb(II) vật liệu khảo sát bao gồm: + Độ pH; + Thời gian đạt cân hấp phụ; + Khối lượng vật liệu hấp phụ; + Nồng độ đầu ion kim loại; + Nhiệt độ 3.2.1 Ảnh hưởng pH dung dịch Kết khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ Pb(II) Mn-UiO-66 thể Hình 3.7 34 350 300 q (mg/g) 250 200 150 100 50 10 12 pH Hình 3.7 Ảnh hưởng pH môi trường đến dung lượng hấp phụ Pb (II) vật liệu Mn-UiO-66 Hình 3.7 cho thấy, tăng độ pH từ đến 12 dung lượng hấp phụ Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 tăng nhanh đạt đỉnh khoảng pH với dung lượng hấp phụ 301 mg/g, sau giảm mạnh Điều giải thích dựa vào ảnh hưởng pH đến điện tích vật liệu dạng tồn Pb(II) môi trường pH khác Trong môi trường nước ion Pb(II) tùy thuộc vào pH môi trường tồn dạng hạt mang điện tích dương (Pb2+, Pb(OH)+), trung hịa (Pb(OH)2) hay hạt mang điện tích âm (Pb(OH)3-, Pb(OH)42-) Trong mơi trường axit mạnh Pb(II) có khả tồn chủ yếu dạng hạt điện tích dương Do lực đẩy tĩnh điện với vật liệu mang điện tích dương gây bất lợi cho trình hấp phụ, dung lượng hấp phụ nhỏ Tương tự môi trường pH >7 Pb(II) tồn chủ yếu dạng trung hòa Pb(OH)2 dạng anion (Pb(OH)3-) vật liệu có khả lại chuyển từ dương sang âm, khơng thuận lợi cho q trình hấp phụ Trong mơi trường pH = 5-6, Pb2+ bị thủy phân phần tạo thành Cu(OH)+, dễ dàng hấp phụ lên bề mặt vật liệu bị deproton hóa mang điện tích âm, dung lượng hấp phụ đạt giá trị lớn pH môi trường chọn cho khảo sát Pb(II) pH = 3.2.2 Ảnh hưởng thời gian Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian cho thấy, khoảng thời gian từ 10 phút đến 120 phút, dung lượng hấp phụ Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 tăng nhanh sau 35 thay đổi chậm Quá trình hấp phụ xác định đạt cân sau thời gian 60 phút (Hình 3.9) 300 q (mg/g) 250 200 150 100 50 0 20 40 60 80 t (phút) 100 120 140 Hình3.8 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ Pb(II) Mn-UiO-66 vào thời gian Động học trình hấp phụ Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 đánh giá thơng qua hai mơ hình động học biểu kiến bậc bậc hai [11]: ln(qe-qt) = lnqe - k1t 𝑡 𝑞𝑡 = 𝑘2 𝑞𝑒2 + 𝑡 𝑞𝑒 (3.1) (3.2) Trong đó, qe qt dung lượng hấp phụ thời điểm cân thời điểm t (mg/g); k1, k2 số tốc độ trình hấp phụ biểu kiến bậc (phút-1) bậc (g.mg-1 phút-1) Để đánh giá mức độ phù hợp mơ hình động học số liệu thực nghiệm, xác định sai số trung bình tương đối: ARE(%) = |qe,cal -qe,exp | qe,exp ×100% Trong đó, qe, cal, qe, exp dung lượng hấp phụ cân theo tính tốn theo thực nghiệm Từ số liệu ảnh hưởng thời gian đến dung lượng hấp phụ vật liệu xây dựng đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc bậc Đồ thị phụ thuộc ln(qe-qt) t/qt vào thời gian t thể Hình 3.9 3.10 Kết hồi quy tuyến tính thu phương trình động học: + Phương trình động học biểu kiến bậc 1: ln(qe-qt) = 5.2171 – 0,0133.t; R2 = 0,7038 + Phương trình động học biểu kiến bậc 2: t/qt = 0,0668 + 0,0031.t; R2 =0,9696 36 ln(qe-qt) 5.5 y = -0.0133x + 5.2171 R² = 0.7038 4.5 3.5 20 40 60 80 t (phút) 100 120 140 Hình3.9 Đồ thị mơ tả động học hấp phụ biểu kiến bậc quátrình hấp phụ Pb(II) t/qt 0.5 y = 0.0031x + 0.0668 R² = 0.9696 t/qt 0.4 0.3 0.2 0.1 0 20 40 60 80 t (phút) 100 120 140 Hình3.10 Đồ thị mô tả động học hấp phụ biểu kiến bậc quátrình hấp phụ Pb(II) Bằng phương pháp hồi quy tuyến tính, xác định giá trị k1, k2, qe,cal ARE (Bảng 3.1) Bảng 3.1 Các tham số phương trình động học biểu kiến dung dịch Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 Mơ hình k qe,cal ARE (%) Bậc 0,0133 184,398 41,9% Bậc 0,00014 322,5806 5,4% Thực nghiệm cho thấy, mơ hình động học biểu kiến bậc hai có hệ số tin cậy gần 37 (R2 = 0,9696) sai số trung bình khơng q lớn (ARE = 5,4%) Trong mơ hình động học biểu kiến bậc có R2 = 0.7038 ARE lớn (41,9%) Từ cho mơ hình động học biểu kiến bậc mơ tả q trình hấp phụ phù hợp so với mơ hình biểu kiến bậc Hằng số tốc độ dung lượng hấp phụ cân tính từ phương trình động học biểu kiến bậc trình hấp Pb(II) k2 = 0,0133 g.mg-1.phút-1 qe,cal = 184,398 mg/g Thời gian hấp phụ lựa chọn cho khảo sát t = 60 phút 3.2.3 Ảnh hưởng khối lượng vật liệu Để đánh giá vai trò hàm lượng vật liệu Mn-UiO-66 trình hấp phụ ion kim loại tiến hành thí nghiệm với dung dịch Pb(II) có nồng độ 100ppm, hàm lượng vật liệu Mn-UiO-66 từ 0,05 mg/mL đến 0,4 mg/mL Đồ thị phụ thuộc hiệu suất xử lý Pb(II) dung lượng hấp phụ vật liệu Mn-UiO- H% 66 sau 60 phút vào hàm lượng vật liệu thể Hình 3.11 Hình 3.12 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Hàm lượng vật liệu Mn-UiO-66 (mg/mL) 0.5 Hình3.11 Đồ thị phụ thuộc hiệu suất hấp phụ Pb(II) vào hàm lượng vật liệu hấp phụ Mn-UiO-66 38 1200 1000 q (mg/g) 800 600 400 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Hàm lượng vật liệu Mn-UiO-66 (mg/mL) 0.5 Hình 3.12 Đồ thị phụ thuộc dung lượng hấp phụ Pb(II) vào hàm lượng vật liệu hấp phụ Mn-UiO-66 Kết thực nghiệm cho thấy, hàm lượng vật liệu ảnh hưởng lớn tới hiệu suất hấp phụ Pb(II) dung lượng hấp phụ vật liệu Tăng hàm lượng Mn-UiO-66 hiệu suất hấp phụ tăng nhanh, sau tăng chậm lại Điều giải thích tăng hàm lượng vật liệu đồng nghĩa với việc tăng số lượng tâm hấp phụ nên lượng Pb(II) hấp phụ tăng lên dẫn đến hiệu suất hấp phụ tăng Tuy nhiên tăng hàm lượng vật liệu dung lượng hấp phụ giảm dần (Hình 3.12) Do khảo sát tiếp theo, hàm lượng vật liệu Mn-UiO-66 chọn cho khảo sát 0,3 mg/mL 3.2.4 Ảnh hưởng nồng độ đầu ion Pb(II) Từ số liệu thực nghiệm ảnh hưởng nồng độ đầu Pb(II) đến dung lượng hấp phụ vật liệu Mn-UiO-66, khảo sát cân hấp phụ theo mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir biểu diễn phụ thuộc Ce/qe vào Ce (Hình 3.13) Freundlich biểu diễn phụ thuộc lnqe vào lnCe (Hình 3.14) Kết khảo sát cho thấy, trình hấp phụ Pb(II) phù hợp với mơ hình đẳng nhiệt Langmuir (R2 ≈ 0,9987) mơ hình đẳng nhiệt Freundlich (R2 ≈ 0,9867) Điều 39 chứng tỏ tâm hấp phụ bề măt vật liệu tương đối đồng tượng hấp phụ đơn lớp chiếm ưu Từ phương trình đẳng nhiệt xác định giá trị dung lượng hấp phụ cực đại qmax; số Langmuir KL; KF số Freundlich hệ số dị thể Bảng 3.2 0.2 y = 0.0019x + 0.0042 R² = 0.9987 Ce/qe 0.15 0.1 0.05 0 20 40 60 80 100 Ce Hình 3.13 Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir Pb(II) lên vật liệu 6.4 y = 0.1516x + 5.5889 R² = 0.9868 6.2 ln qe 5.8 5.6 5.4 5.2 -4 -2 ln Ce Hình 3.14 Đồ thị hấp phụ đẳng nhiệt Frenchdlich Pb(II) lên vật liệu Bảng 3.2 Các tham số đẳng nhiệt dạng tuyến tính Mơ hình Langmuir qmax 526.3 KL 0.45 KF 1/n 40 Frenchdlich 267.4 6.6 Kết tính tốn theo mơ hình Langmuir cho thấy, dung lượng hấp phụ cực đại Mn-UiO-66 Pb(II) 526.3 mg/g 3.2.5 Ảnh hưởng nhiệt độ Để đánh giá ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ Pb(II) Mn-UiO-66, tiến hành khảo sát 30o-50oC Nhiệt độ trình hấp phụ thay đổi cách sử dụng máy khuấy từ gia nhiệt kiểm tra nhiệt kế đặt dung dịch Hình 3.15 biểu diễn ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ Pb(II) vật liệu Mn-UiO-66 Kết thực nghiệm cho thấy, tăng nhiệt độ từ 30oC đến 50oC dung lượng hấp phụ tăng dần 310 q (mg/g) 305 300 295 290 285 25 30 35 40 ToC 45 50 55 Hình3.15 Ảnh hưởng nhiệt độ đến dung lượng hấp phụ Pb(II) Mn-UiO-66 Từ ảnh hưởng nhiệt độ đến trình hấp phụ tiến hành xác định tham số nhiệt động học trình hấp phụ bao gồm ΔHo, ΔSo ΔGo Theo phương trình Van’t-Hoff ta có mối quan hệ ΔH° ΔS° trình hấp phụ với lnKd: Đồ thị phụ thuộc lnKd vào 1/T đưa Hình 3.17 41 3.8 3.7 ln Kd 3.6 y = -3229.2x + 13.686 R² = 0.9814 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 0.00305 0.0031 0.00315 0.0032 0.00325 1/T (K-1) 0.0033 0.00335 Hình 3.16 Đồ thị xác định thông số nhiệt động trình hấp phụ Pb(II) lên vật liệu Mn-UiO-66 Bảng 3.3 Các thơng số nhiệt động q trình hấp phụ Pb(II) lên Mn-UiO-66 ΔHo ΔSo ΔGo 26,847 113.785 -7060.37 Như trình hấp phụ Pb(II) lên Mn-UiO-66 điều kiện chuẩn 298K trình tự diễn biến (ΔG°298 0) 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Từ kết nghiên cứu đặc trưng lý hóa vật liệu tổng hợp được: phổ IR, phổ XRD chứng tỏ tổng hợp thành công vật liệu Mn-UiO-66; cho thấy hình thái vật liệu gồm hạt đa diện liên kết với thông qua ảnh chụp SEM - Nghiên cứu khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới trình hấp phụ ion kim loại Pb(II) vật liệu: thời gian, hàm lượng, nồng độ, pH môi trường Kết cho thấy trình hấp phụ Pb (II) vật liệu Mn-UiO-66 phương pháp dung môi nhiệt diễn thuận lợi môi trường pH Thời gian đạt cân hấp phụ 20 phút, hàm lượng vật liệu phù hợp mg Kiến nghị - Nghiên cứu sâu khả thu hồi Mn-UiO-66 đánh giá lại đặc trưng hóa lý vật liệu sau tái sử dụng - Sử dụng Mn-UiO-66 để hấp phụ ion kim loại khác môi trường nước 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Prince O Ukaogo, Ugochukwu Ewuzie, Chibuzo V Onwuka, 2020 Environmental pollution: causes, effects, and the remedies In Microorganisms for Sustainable Environment and Health Chapter 21, pp 419-429 [2] L T Hoa, "Nghiên cứu khả lắng đọng vận chuyển chủa chì (Pb) mơi trường nước," in Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 2011 [3] P T T Dương, "Nghiên cứu sử dụng sắt nano xử lý nước nhiễm crom chì", in Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường đại học Khoa học Tự nhiên, 2012 [4] Yujie B., Yanshuo L., Xinlei L., Yuan P , Weishen Y (2013), “Solvothermal synthesis of mixed-ligand metal–organic framework ZIF-78 with controllable size and morphology”, Microporous and Mesoporous Materials, Vol 173, pp 29 – 36 [5] Kitaura R., Seki K., Akiyama G., Kitagawa S (2003), “Porous coordination-polymer crystals with gated channels specific for supercritical gases”, Angew Chem., Int Ed., Vol 42 (4), pp 367–473 [6] Hamon L., Serre C., Devic T., Loiseau T., Millange F., Férey G., Weireld G D (2009), “Comparative study of hydrogen sulfide adsorption in the MIL-53(Al, Cr, Fe), MIL-47(V), MIL-100(Cr), and MIL-101(Cr) metal organic frameworks at room temperature”, J Am Chem Soc , Vol 131, pp 8775–8777 [7] Janiak C., Vieth J K (2010), “MOFs, MILs and more: concepts, properties and applications for porous coordination networks (PCNs)”, New J Chem., Vol 34 (11), pp 2366-2388 [8] Chen C., Zhang M., Guan Q., Li W (2012), “Kinetic and thermodynamic studies on the adsorption of xylenol orange onto MIL-101(Cr)”, Chemical Engineering Journal, Vol 183, pp 60 – 67 [9] Scott T Meek, effery A Greathouse, and Mark D Allendorf , "MetalOrganic Frameworks: A Rapidly Growing Class of Versatile Nanoporous," in Advanced Materials, 2011, pp 2, 249-267 [10] Bộ Tài nguyên Môi trường (2016), Báo cáo trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 – 2016 [11] Tổng cục Thống kê (2016), Động thái thực trạng kinh tế - xã hội Việt Nam năm 2011 – 2015, Nhà xuất Thống kê 44 [12] Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ trao đổi ion kĩ thuật xử lý nước nước thải, NXB Thống kê, Hà Nội [13] Bradshaw D., El-Hankari S., Lupica-Spagnolo L (2014), Supramolecular templating of hierarchically porous metal–organic frameworks, Chemical Society Reviews, 43 (16), pp 5431-5443 [14] Mahsa Moshari, Amin Mehrehjedy, Mahdi Heidari-Golafzaniaa, Mahboubeh Rabbani, Saeed Farhadi, “Adsorption study of lead ions onto sulfur/reduced graphene oxide composite”, Chemical Data Collections 31 (2021) 100627 [15] Lingamdinne L P.; Koduru J R.; Chang Y.-Y.; Karri R R Process optimization and adsorption modeling of Pb(II) on nickel ferrite-reduced graphene oxide nanocomposite J Mol Liq 2018, 250, 202–211 [16] Hiroyasu Furukawa.; Kyle E Cordova.; Michael O’Keeffe.; Omar M Yaghi (2013), The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks, Science 341 [17].B Chen (2016), Zeolitic imidazolate frameworks ( ZIFs ) and their derivatives : synthesis and energy related applications, PhD Thesis, University of Exeter, pp 110–120 [18] “Ứng dụng máy quang phổ hồng ngoại phân tích thí nghiệm.” http://techport.vn/44/ung-dung-may-quang-pho-hong-ngoai-trong-phan-tich-thi-nghiem80723.html (accessed Mar 26, 2022) [19] B X Vững, "Các phương pháp phân tích cơng cụ," in Tài liệu nội dùng cho cao học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng