Tổng hợp vật liệu mof trên cơ sở biến tính linker Để tăng cường khả năng hấp phụ co2+ trong nước

Hơn nữa, đo tính không phân hủy sinh học của kim loại nặng, các chất ô nhiễm này gây mỗi đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và sự sng của các sinh vật thủy sinh thông qua qu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAL HQC SU PHAM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC

Lê Thị Ngọc Thi

TONG HOP VAT LIEU MOF TREN CO SO BIEN TINH LINKER DE TANG CUONG KHA NANG HAP PHU Co** TRONG NUOC

KHOA LUAN TOT NGHIEP

NGUOI HUONG DAN KHOA HQC:

ThS TRAN PHUONG DUNG

“Thành phố Hồ Chí Minh - 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH KHOA HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

ThS TRÀN PHƯƠNG DUNG

'Thành phố Hồ Chí Minh - 2024

thể hiện lòng biết ơn sâu sắc tới Cô Trần Phương Dung, Thầy Ngụ)

giảng viên khoa Hoá học tại trường Đại học Sư phạm Thành

phổ Hỗ Chí Minh Sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tâm tử phía các Thầy, Cô đã giúp tôi

tích luỹ được nhiều kiến thức quý báu và kỹ năng thực hành quan trọng để hoàn thành

để tài này

Tôi muốn truyền đạt lồi cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô thuộc Bộ môn Hoá

những người đã dành thời gian và công sức để truyền đạt những kiến thức quan trọng

trong quá tình học tập và thực hiện đề ti củ tôi

Tôi cũng muốn bày tỏ lồng biết ơn đến các anh Dương Kiến Huy và bạn Lê Nguyễn

“Gia Thỉ những người đã đồng hành và hỗ trợ em trong suốt quá tình thực hiện khóa luận XMặc d tôi đã dành nhiều thời gian cho đ ti này, nhưng do kính nghiệm thực tế còn hạn chế, việc thiểu sự

1.4-benzenedicarboxylie acid

X-ray Photoelectron Speetrocopy

Energy Dispersive X-ray

Scanning Electron Microscopy

Transmission Electron Microscopy

Bảng 2.1 Các hóa chất sử dụng a

Bảng 31 Thành phần các nguyên ổ từ gián đỗ EDX 3 Bảng 3.2 Các tham số của ba mô hình đẳng nhiệt hấp phụ duge sir dung khio sat quá trình hấp phụ Co?" của vậtliệu DUT-52- SO,

Bảng 3.3 Các thông số của phương trình động học biểu kiến hp phụ Co?" của vật liệu

Bang 34 Dung lượng hắp phụ Co” cực đại của một số vậtliệu MOE “0

Hình 31 Giản đồ PKRD của các miu DUT-52- SOsH (46) so véi cd trie m6 phong

Hình 3.2 Phổ FT-IR của DUT-52-SO:H

Hình 3.3 Phổ EDX cia DUT-S2-SOsH đã hoạt hóa (a): phổ EDX-mapping của vật DUT-52-SOsH đã hoạt hóa (b) 2 Hình 3.4 Đường cong TGA-DSC của vật liệu DUT-52- SOH = Hình 3.5 Anh SEM ca vit ligu DUT-S2- SOsH với độ phân giải (a) 1; (b) 2gm Hình 3.6 Ảnh TEM của vật liệu DUT-52- SO;H với độ phân giải (a) 50: (b) 200nm 34 Hình 3.7, (a) Đồ thị biểu điễn dung lượng hắp phụ ion Co?* của DUT-52-$O;H theo pH,

®) Đồ thị biểu diễn dung họng hấp phụ ion Co™ va i

DUT-52-SOsH theo khối lượn, as Hinh 3.8, (a) Đường ding nhậu hip phụ Co của DUT-52- SO,H ; dữ liệu thực nghiệm theo các mô hình: (b) ;Langmuir,(e) Ereundlicb, (đ) Temkin a

uất hấp phụ ion Co (ID của

DANH MỤC CÁC PHỤ LỤC

20mg? Phy lye 2: Đường hắp phụ đẳng nhiệt N› ại 77k của vậ liệu DUT: Phy Iye 3: Phổ FT-IR cia DUT-S2-SO1

Phy Iye 4 : Dung lugng hip phy ion Cod) eiia DUT-

'Phụ lục 5: Hiệu suất hắp phụ Co(ID) cla DUT-S2-SOsH theo khối lượng Phụ lục 6; p phy Co(ll) cia DUT-52-SOsH theo thoi gian Phy lục 7: Dung lượng hấp phụ Co(H) của DUT-52-SOsH theo nồng độ Co"

"Phụ lục 8: Dung lượng hắp phụ CG(ID của DUT-52-SO:H theo thời gian

"Phụ lục 1: Đường chuẩn CoŸ* trong khoảng nông đ

SO:H 'O:H theo pH dung dịch liệu suất

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TÁT VÀ KÝ HIỆ

DANH MỤC BẢNG, BIỀU VÀ SƠ ĐỎ

" 1.1.2 Giới thiệu vật liệu khung hữu cơ kim loại (MOF) 12 1.1.3.Phương pháp nhiệt dung môi oe owl 1.1.4 Các ứng dụng của vật liệu MOF 16

12 Vậtliệu Z-MOE 16 1.2.1 Đặc điểm của vật liệu Zr-MOF 16 1.2.2 Hướng nghiên cứu và tổng hợp Zr-MOE se T7 1.3 Thue tang ô nhiễm cobalt trong nước 18

1.3.1, Nguén géc cita 6 nhiễm cobalt trong nước «em TẾ

1.3.2 Tác hại của cobalt đến sinh vật và con người 19 1.4 Ứng dụng phương pháp hấp phụ đề xử lý ô nhiễm cobalt trong nước 20 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM

21

2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 21 2.2 Quy tình tổng hợp vật liệu 2

(HsSNDO) 2 2.2.2 Tông hợp vật liệu Zr-MOF có biến tính với nhóm sulfonic (DUT- 52- SOsH) 24 2.3 Khảo sất khả năng hấp phụ cobalt của vật ligu DUT-52- SOsH trong mai trường nước 25

2.3.1 Ảnh hưởng của pH 25 2.3.2 Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ 25 2.3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ -25 2.3.4 Động học hấp phụ se - 25 2.4 Xử lí số liệu 26 2.5 Các phương pháp nghiên cứu hóa lí hiện đại 28 3.1 Tổng hợp và đặc trưng cấu trúc của vật liệu Zr-MOF có gắn nhóm chức sullonie (DUT-S52-SO:H) 29 3.2 Tính chất hấp phụ Co? của vật liệu 35 3.2.1 Ảnh hưởng của pH và lượng chat hắp phụ 35 3.2.2 Nghiên cứu các mô hình hắp phụ đẳng nhiệt 36 3.2.3 Nghiên cứu động học "¬ 3.2.4 So sánh khả năng hắp phụ ny Co ot vật liệu Z-MOF 40 KET LUAN VA KIỀN NGHỊ

TAL LIEU THAM KHẢO «Seo

PHỤ LỤC -48

Ngày nay các ngành công nghiệp có tác động tích cục tới mọi mặt của đời sống

xã hội Tuy nhiên, cùng với sự phát tiễn là vẫn để ô nhiễm môi trường, đặc biệ là môi

trường nước Trong số ắt cả các chấtô nhiễm, kim loại nặng đặc biệt nhận được sự quan

hiểm của chúng [1] Hơn nữa, đo tính không phân hủy sinh học của kim loại nặng, các

chất ô nhiễm này gây mỗi đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe con người và sự sng của các sinh vật thủy sinh thông qua quá trình tích lũy và nồng độ lên qua chuỗi thức ăn,

"ngay cả khi chúng có nồng độ rất thấp trong các nguồn nước [2]

“Có rắtnhiều phương pháp để xử li kim loại nặng trong nước chẳng hạn như phương hấp trao đôi ion, kế túa ion trong dung dich, mảng lục, bắp phụ rong đó bắp phụ

tất đa dạng nhu zeolite, nanosized metal oxides (NMOs), earbon-based materials, vật

liệu khung kim loại hữu cơ (MOF) Tuy nhiên, các vật liêu rắn xốp truyền thống (han

hoạt tính, Zeolite) còn nhiễu nhược điểm như: điều kiện tổng hợp lâu, tiêu tốn năng lượng

nhiệt khi nung, sản phẩm kêm đa dạng khổ đấp ứng được trong một vải ứng dụng thực

trong nhiều dung môi như nước, acetone, benzene và DME, Vật liệu Zr-MOE đã được

độ phản ứng 18 120°C nghiên cứu về vật liệu MOF trên thể giới đã được công

tổng hợp bằng phương pháp dung nhiệt với nhỉ

"Đã có rất nhiều công

ấy, chúng là vật liệu xử lí kim loại nặng có hiệu quả cao Tuy

hiền, việc biến tính các nguyên liệu này thành ậtiệu để hắp phụ kảm loại nặng còn Ít

ít được quan tâm, nghiên cứu Một số khu vực có nhiều khu công nghiệp, trữ lượng lớn

nhiễm nhằm giảm thiêu mức độ ô nhiễm cho cư dân khu vực khai thác mỏ vẫn là vẫn

đề cần được quan tâm, nghiên cấu vã đầu tư thích đúng, Cobal độc hại cắp tính với liều

lượng lớn hơn, và tiếp xúc tích lũy, lâu dài ngay cả ở mức thấp, ví dụ như phơi nhiễm

nghề nghiệp, có thể làm phát sinh các ảnh hưởng xấu đến sức khỏe liên quan đến các cơ

quan và mô khác, Các ác dụng phụ có thể bao gồm tuyển giáp (ức chế coban eta tyrosine

iodinase, bướu cổ và hỗn hợp), phối da (viêm da tiếp xúc dị ứng) và hệ thông miễn địch,

và có thể bao gồm (xem bên dưới) khả năng gây ung thư Vì vậy việc nghiên cứu xác

đình hàm lượng của ion cobalt rong nước là vấn đề cần thiết đối với sức khoẻ công đồng [7] Do đổ, tôi chọn để ti khóa luận ốt nghiệp là “Tổng hợp vật liệu MOE trên cơ sỡ thành sẽ giúp cải hiện môi trường nước sinh hoạt và nâng cao sức khỏe của cộng đẳng

tại các khu vực bị ô nhiễm

10

khung hữu cơ kim loại (MOF) 1.1.1 Khái quát lịch sử ra đời của vị chủng về vậtH

khung hữu cơ kim loại (MOF)

Metl-Organie Prameworks (MOE) là một lớp vật liệu tiền tiến, được định nghĩa là các cấu trúc tỉnh thể kết hợp giữa các ion kim loại và các ligand hữu cơ, vật liệu này bắt đầu vào những năm 1990, khi các nhà khoa học bắt đầu khám phá

ra những khả năng độc đáo của việc kết hợp các thành phẩn vô cơ và hữu cơ

"polymer khung” (framework polyms h chat được thiết kế sẵn Đây được coi là một bước đột phá, mở ra nhiễu hướng ứng dụng tiém năng cho vật liệu MOE

Vải năm sau, các nhà nghi cứu khác như David Reineke [10] va Jeffrey

tách Long [11] cũng đóng góp những phát hiện quan trọng về khả năng lưu trữ

khí của MOE sử dụng các ion kim loại đắt hiếm Những công trình này đã thúc

đây sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực nghiên cứu MOF trong những thập ky

ất đa dạng

đã được tổng hợp và nghiên cứu [12] Các ứng dụng của MOF cũng ngày cảng

kế tiếp Kể từ đó, hàng nghìn loại MOE với những cấu trúc và tính ct

được mở rộng, từ năng lượng, môi trường cho đến y học và công nghệ

@+ | ——

odes organi linker

metal-organic framework

Hình 1

Sự hình thành vật liệu MOF [14] Vật liệu MOF (Metal-Organic Frameworks - các khung liên kết kim lo;

đã tr thành một chủ đề nghiên cứu rắt được quan âm rong những năm gin diy Ching

được hình thành từ các tâm kim loại hoặc cụm kim loại được liên kết bởi các cầu nổi

thuốc, lu trữ khí, phân tách khí và ầm cảm in [I3] Do đó các nghiên cứu tập trang

vào việc tổng hợp các phối tử (cầu nỗi hữu cơ) mới và biễnính các cầu nổi hữu cơ nhằm nâng cao khả năng ứng dung cia MOF đang nhận được sự quan tâm của các nhà Khoa học

Metal-Organic Frameworks (MOI) có những ưu điểm nổi bật so với các vật liệu

"bề mặt có thể tùy chỉnh Điều này tạo ra sự linh hoạt và tùy biển cao hơn trong việc điều

hinh các tính chất và hiệu suất của vật liệu

12

truyễn thống, nhờ vào sự nh hogt trong việc sắp xếp cầu trúc của chúng Trong khi các

vật liệu truyền thống thường có utrúc cổ định và không thể thay đối, MOES cho phép

điều chinh thành phần và tỷ lệ các thành phần đẻ tạo ra cấu trúc với độ xóp và diện tích

bŠ mặt có thể thy chỉnh Điễu này go ra sự linh hot và tùy biển cao hơn trong việc điều

chỉnh các tính chất và hiệu suất của vật liệu

năng lượng và các ứng dụng sinh học và y tẾ Khả năng điều chỉnh cầu trắc và tăng điện dụng quan trọng

MOF là vật iệu ai vô cơ-hữu cơ có độ xốp đặc biệt và được thiết kể bằng phản ứng

giữa kim loại chuyên tiếp và phối từ hữu cơ với oxygene hoặc nitrogen MOF ID, 2D và

3D đã được nhiều nhóm nghiên cửu bảo cáo và tim thay cic img dung tim nang trong

các lĩnh vực khác nhau như trong cảm biển hóa học, xúc tác, pin, siêu tụ điện, do kich

thước lỗ có khả năng điều chỉnh cao, điện tích bề mặt lớn và bê mặt chức năng hóa [1Ó

ae

4: =

Hình 1.2 MOF có độ xốp, diện tích bề mặt và độ dẫn điện

có thể điều chỉnh được [17]

1.1.3.Phương pháp nhiệt dung môi "Để đảm bảo khung cơ kim có độ bền cao, quá trình tổng hợp cần tạo ra vật liệu với

sấu trúc tính thể đồng nhất và có trật tự cao Để tối ưu hóa thờ gian và hiệu suất, đã có

sự cải tiến trong phương pháp phát triển tinh thé bằng cách sử dụng dung môi và nhiệt

độ phù hợp Thông thường, các thành phẫn trong nguyên liệu được hòa tan thành dưng dich ing trong dung môi phân cực và sau đó gia nhiệt trong bình kín Đôi khi, cần sử cdụng hỗn hợp dung môi khác nhau để điều chinh độ phân cực của dung dich và tăng hiệu cho quá trình phát triển tính th,

"rong những năm gần đây, đã có nhiễu nghiên cứu về MOF và đã tổng hợp được

nhiều vật liệu MOE khác nhau Tuy nhiên, vẫn cần tiếp tục nghiên cứu quá tình tổng

Hình là gia nhiệt hỗn hợp "inker" và muổi kim loại ong dung môi trong khoảng thỏi

gian từ 12-4 giờ Phương pháp này có thể tạo ra tỉnh thể chất lượng cao, nhưng tốn

hi thời gian và khỏ khăn đểđạt được lượng vật iệ trên Ì gram Do đổ, mục tiêu cia

cquá trình tổng hợp là giảm thời gian phản ứng và lượng dung môi, không chỉ trong quy

trình thí nghiệm mà ồn trong quy trình sin x t thương mại Gần đây, đã phát

4

nhiều phương pháp khác để đạt được mục êu trên một cách hiệu quả và không sử dụng quá nhiều ngôn từ khoa học

Phương pháp thủy nhiệt hoặc phương pháp nhiệt dung môi được thực hiện bằng

cách trộn các ion kim loại, p ôi tử hữu cơ chất điều chính, dung mỗi phản ứng và các vật liệu khác theo một tỷ lệ nhắt định trong lớp lót polytetrafluoroethylene, sau đó được

độ nhất định

đặt trong lò phân ứng nhiệt độ cao để kích thích phản ứng đưới một nhĩ Sau phân ứng hoàn tàn, lò phản ứng được làm lạnh đến nhiệt độ phòng và sản phẩm phẩm được làm sạch bằng thanol khan hoặc các dung dịch khác ở nhiệt độ cải đặt một

Jan nữa Sau khi sấy chân không, MOF nguyên chất có thể thu được [18-20] Phương

pháp thủy nhiệt sử dụng nước fim dung môi [21] Một sơ đồ đơn gián dé ting hop MOF,

LOR ee

(9t londS nh ham 2 nơn ÑT tômmeg lÑ Reser © tore

Hình 1.3 Mô tả phương pháp nhiệt dung môi [22]

Vi dy, MOF-5 (ZnsO(BDC)s, BDC = 1.4-benzenedicarboxylate) có thể được tổng

BDC trong DMF

hop bằng phương pháp thủy nhiệt bằng cách phân ứng Zn(NO,): và

6 100°C trong 24 git [18]

Phương pháp thủy nhiệƯdung môi nhiệt có nhiều ưu điểm như có thể kiểm soát được

kích thước, hình dạng và cấu trúc của các tỉnh thể MOE; nhiệt độ phản ứng tương đối

thấp; và có thể tổng hợp được nhiều loại MOF khác nhau Tuy nhiên, phương pháp này:

cũng có một số nhược điểm như tiêu tốn nhiều năng lượng dung môi hữu cơ độc hại và

khó kiểm soát hoàn toàn quá trình tổng hợp

15

11 Các ứng dụng của vật liệu MOE

'Vật liệu MOF (Metal-Organic Frameworks) là một lớp vật liệu rắt đa năng, với nhiều ứng dung tiềm năng trong các nh vực quan trọng như xúc tắc hóa học, lưu trữ hoặc tách

khí và ứng dụng y sinh Trong lĩnh vực xúc tác hóa học, MOF được ứng dụng nhờ những

đặc tính vượt trội Câu trúc xốp cùng với diện tích bé mat riêng cực lớn của MOE giúp,

chúng có thể đóng vai trò vật liệu mang và hỗ trợ hiệu qua cho các chất xúc tác kim loại

Điễu này cho phép tăng cường sự phân tần và n định của các hạt xúc tác trên bề mặt như HKUST-1, MIL-I01 và MOF-808 đã được sử dụng làm khung đỡ cho các xúc kâm loại như palladium, platinum và ứng dụng trong các phản ứng oxy hóa chuyển vỉ

Meerwein-Ponndorf-Verley [23-25] Ngoài ra, khả năng tủy biển cao của MOF còn cho

phép điễu chỉnh các tính chất như acid-base, oxy hóa khử để tối aru ha cho tim img

dụng xúc tác cụ thể Trong lĩnh vực lưu trữ và tách khí, MOF có tiềm năng lớn nhờ diện

lên tới hàng nghìn mỂ g” đã được nghiên cứu ứng dụng để lưu trữ và phân phối các loại khí như methane, hydrogen, và thu hồi CO: [26] Bằng cách thay đổi thành SBU (Secondary Building Unit) và chất iên kết, có th điều chỉnh khả nãng hắp phụ khí của vật liệu MOE Trong lĩnh vực y sinh, MOF dang thu hút sự quan tâm ngày càng lớn

hờ khả năng thích ứng và tính linh hoạt Các cầu trú ba chiễu độc đáo của MOF cho

y sinh Một ứng dụng tiêu biểu là sử dụng MOF như môi trường lưu trữ và phân phối

loại dược chất một cách có kiểm soát [27] MOE cũng được nghiên cứu ứng dụng

1.2.1 Đặc điểm cũa vật liệu Zr-MOF

“Các vật liệu hữu cơ-vô cơ lai (MOF) dya tn zirconium (Zr-MOF) đã trở thành tâm điểm của sự quan tâm nghiên cứu nhờ vào tính ôn định tốt và độ xếp vĩnh viễn Hẳu hết các Zr-MOE được tạo ra từ các phối tử carboxylate Do trang thai oxy héa cao cia Ze",

một độ đệ tích cao và độ phân cực iên kết mạnh, nÊn có lực tương tác mạnh mễ giữa

16

‘MOF trở nên én dinh trong môi trường nước và nhiệt độ cao có thể duy tì được bộ khung kết tính chắc chắn khi tiếp xúc với nhiều dung môi khác nhau và chịu đựng được

nhiệt độ lên tới 500°C

Hon nữa, Zr-MOF còn gây được sự chú ý đặc biệt nhở khả năng chịu đựng vượt trội đối với các nồng độ biến nh cao mà không làm mắt đi nghiêm trọng độ kết nh và độ

chi có một số ít Zr-MOE có khả năng loại bỏ các

é [32]

ổn định của chúng [31] Tuy nhí

chất ô nhiễm hiện quả, hạn chế việc ứng dụng chúng trong xử lý nước thải thực

Để giải quyết vẫn để này, cần có những chiến lược thiết kế và tổng hợp MOF mới Một hướng di tiềm năng là đưa các gốc mang diện như nhỏm sulfonat (-§O: ) vào cẫu trúc

và nhóm SO; thông qua lực hút nh điện, từ đó dẫn đến khả năng hắp phụ chất ô nhiễm

Vượt tỘI

1.2.2 Hướng nghiên cứu và tổng hợp Zr-MOF

Ở Việt Nam, hưới qghiên cứu vật liệu MOE có thể kể đến như nhôm tiến sĩ của GS.TS Phan Thanh Sơn Nam, Đại học Bách khoa TP.HCM, các tác giá đã nghiên cứ tổng hợp và ứng dụng vật liệu Các tác giả nghiên cứu tổng hợp vật liệu MOF có tâm

xúc tác oxi hóa khử và ứng dụng cho tổng hợp hữu cơ [33-34] Tuy nhiên, nghiên cứu

tổng hợp vậtliệu MOF để hắp phụ lim loại nặng trong mỗi trường nước ở Việt Nam còn hạn chế

Để phát uiễn Zr-MOE có khả năng hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng rong

"nước, các nhà khoa học đangtập trùng vào ai hướng nghiên cứu chính àtốiu hóa cầu trúc và ính chất của Zr-MOP để tăng cường khả năng hắp phụ kim loại nặng, và nghiên

cứu cúc phương pháp tổng hợp mới nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng mổ rộng quy

mô sản xuất “Trong hướng nghiên cứu đầu tiên, các nhà khoa học đã thử nghiệm việc đưa các gốc chứa nhóm sulfonate (-SOr) vao cấu trúc của Zr-MOE nhằm tăng cường tương tác điện

17

Pb’ quả từ dung dịch nước, với dung lượng hấp phụ lêntới 500 mg"

cho thấy Zr-MOE có nhóm chức

va Cu rit ig

[35] Ngoài ra, các nghiên cứu của HH và cộng sự cũn

năng amin và carboxylat có thể loại bỏ hiệu quả các ion Cđ?*, Ni?* và Hgˆ* từ môi trường nước [36]

Bên cạnh đó, các phương pháp tổng hợp mới như sử dụng vi lưu, tổng hợp sử đụng tia laser va tng hap dưới áp suất cao cũng đang được nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu

suất tổng hợp Z-MOF và khả năng mở rộng quy mô sản xuất Vi dy, Liang và cộng sự

.đã sử dụng tổng hợp giọt lơ lửng trên vỉ lưu để kiểm soát quá trình kết tỉnh của Zr-MOF

và tăng đáng kệ hiệu suắt tổng hợp lên 90%: [37]

`Với sự kết hợp giữa các chiến lược thiết kể cầu trúc mới và các phương pháp tổng

các Zr-MOF có thể trở thành vật iệ lý

hợp „hy vọng rằng trong tương lai g

tưởng cho ứng dụng xử lý nước thái, đặc biệt là loại bỏ các ion kim loại nặng 1.8, Thực trạng ô nhiễm cobalt trong nude

13⁄1 Nguồn gốc của ð nhiễm cobalt trong nước

Ô nhiễm cobalt trong nguồn nước chủ yêu bắt nguồn từ các hoạt động công nghiệp Cobalt i mgt think phn quan trọng trong nhiều sản phẩm và quá tình công nghiệp do

đỏ các nguồn thải từ các ngành công nghiệp như luyện kim, sản xuất pin, sơn, mỹ phẩm

và các hoạt động khác là nguồn gốc chính của sự ô nhiễm cobalt trong môi trường nước

‘Theo một nghiên cứu của Garbarino và cộng sự, các hoạt động khai thác và luyện kim cobaltlà nguồn ô nhiễm cobalt lớn nhất, chiểm khoảng 48% tổng lượng cobalt thi

ra môi trường [38] Các phương pháp luyện kim không hiệu quả và việc xử lý chất that

Xkêm đã dẫn đến nh trang that cobalt tnt tgp vito nguồn nước Ngoài ra, Merschel và chứa cobaltà một nguồn ô nhiễm cobalt ngày cảng tăng [39] Nếu các chất thải công nghiệp này không được xửlý đúng cách trước kh thải ra môi

trường, obaltsẽ có thể tích lũy trong nguồn nước, đất và rằm tích, gây ô nhiễm nghiêm trọng cho các hệ sinh thái thủy sinh

của cobalt đến sinh vật

Tác h và con người

Ô nhiễm cobalt trong nguồn nước có thể gây ra những tác động nghiêm trọng đổi với các sinh vật thủy sinh Cobalt là một kim loại nặng có nh độc cao, có hể gây ra các vấn đỀ vẻ sinh trưởng, sinh sản và từ vong cho nhiễu loài hủy sinh vt Các nghiên cứu cho thấy cobalt có thỂ ảnh hưởng đến quá tình quang xúc tác của tảo và thực vật thủy sinh, làm giảm khả năng ỉnh trưởng và sản xuất sinh khối của chúng L0), Điều này dẫn đế

cá [41] Điều này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đi các loài sinh vật, mà còn có thể gây

ra những thay đổi lớn trong cấu trúc và chức năng của cả hệ sinh thái thủy sinh

kim, sản xuất pin và các thiết bị y

tẾ chứa cobalt có nguy cơ cao bị ảnh hưởng Các nghiên cứu cũng cho thấy cobalt có thể

gây tốn thương thần kinh, dẫn đến các triệu chứng như đau đầu, chóng mặt, nhìn mở và

giảm trí nhớ Trong trường hợp nghiêm trọng, cobalt có thể gây tổn thương não vĩnh chỉ để bảo vệ môi trường mà còn để đám bảo sức khỏe cộng đồng

19

1.4 Ứng dụng phương pháp hấp phụ để xử lý ô nhiễm cobalt trong nước Trong bối cảnh ô nhiễm cobalt ngày càng trở nên nghiệm trọng, việ lầm ra các phương pháp xử lý hiệu quả trở thành một vẫn đề cắp bách Trong số các giải pháp khác

nhau, hấp phụ nỗi lên như một lựa chọn tiềm năng và hiệu quả để loại bỏ cobalt ra khỏi

Trước hết, quá trình hắp phụ dựa trên nguyên tắc tương tác giữa các ion cobalt và

sắc vậiliệu hấp phụ, từ đó làm giảm nông độ cobalttrong dung địch Nhiễu nghỉ

đã chỉ ra rằng các vật liệu hấp phụ như than hoạt tính, vật liệu silieat, các hydro gốc từ

sắt à các MOE (khung hữu cơ.vô cơ) có Khả ng hip phy cobalt rt higu qua [43-44]

`í dụ, Liang và cộng sự đã chứng minh Zr-MOF có dung lượng hp phụ cobt lên tới

đồ và pH phổ biển, không đời hồi các điều kiện

pphu cobalt c6 thé được thực hiện ở nhí

vận hành khắt khe Các vật liệu hip phụ cũng có thể được tát sử dụng nhiễu lần sau khi được tái sinh, làm giảm chỉ phí vận hành Đây là những tu điểm quan trọng so với các phương pháp xử lý khác như kết tủa hóa học hay trao đổi ion

Voi ning ưu đi nổi bat, vig ứng đụng hấp phụ để loại bổ cobalt khỏi nguồn

nước là một lựa chọn hiệu quả và đáng được quan tâm Khi kết hợp với công nghệ

xử lý tiên tiến khác, phương pháp nay sẽ góp phẩn giải quyết vấn đề ö nhiễm cobalt mot

cách toàn diện

20

Zirconi (IV) Chloride ZrChị Trung Quốc

'Cobalt (ID) chloride hexahydrate 'CoCI;6H: ‘Trung Quốc

7 | May khudy tir I7 | Muỗngcân giấy cin [8 | M@AAŠš | I8 | Thamhkhuẩut j

I " I a

‘Hinh 2.1, Phan img tong hgp linker H3SNDC

“Theo quy trình đã công bổ trước đó [6]: Cân 0 gram 2,6-naphthalenedicarboxylic acid cho vào bình cầu 100 mL Thêm từ từ 5 ml hỗn hợp dung dich

O, 98% và

leu theo lệ 3: rồi lắp sinh hàn, khuấy tử và đơn hồi lưu ở nhiệt độ 130 °C tong

acid hoá dung dich thu được bằng 50 mL dong địch HCI 37⁄2 Tién hành lọc thu sản phẩm rắn và rửa với 50 mL,

224 giờ Hoà tan hỗn hợp sau phản ứng tong 50 mLẴ§ nước

dung dịch HCI 37⁄4, cuối cùng làm khô sản phẩm rắn màu trắng [33]- Sơ đồ tóm tắt quy

trình được trình bày ở hình 2.2.

Acid héa bing dung dich HCI Hỗn hợp rắn lồng

~ Lọc lấy chất rắn, rửa bằng cdung địch HCI 379 ấy khô H,SNDC

"Hình 22 Quy trình tổng hợp Linker HsSNDC

2.2.2 Téng hợp vật liệu Zr-MOF có biến tính với nhóm sulfonic (DUT-S2- SOsH) Theo qui tình đã công bố trước đỏ [6]: Cân 105,9 mg ZrCI.6H:O và 134.5 mg linker HsSNDC vito vial 20 mL, thém 554,5 my benzoie acid và 10.50 ml DME, đánh

siêu âm đến khi hỗn hợp tan hoàn toàn, sau đó thêm 0,0245 mL HzO, lắc đều 1-2 phút

thụ được hỗn hợp đồng nhất Gia nhiệt ở 120°C trong ving 24 git Hn hop này được làm lạnh ở nhiệt độ phòng Chất rắn được ly tâm và rửa bằng DME trong 3 ngày (6 mL

1 duge ngẫm trong dung dịch MeOH: HO (4:1) của H;SO,

(0.3 M trong 3 ngày, S lần mỗi ngày) Chất rắn được trao đổi với

mỗi ngày) Sau đó, vật

105.9 mg Cl, H,SNDC Benzoie acid 554,5 mg 134,5 mg

2.8 Khảo sát khả năng hap phy cobalt cia vit igu DUT-S2- SOsH trong mai trum nước

23.1 Anh huring của pH

Chuẩn bị sáu bình cầu 66 dung tch 100 mL, ean vao mi bin edu chin xe 10 mg DUT-52- SOsH sat dé thêm vào cá bình cầu dung dịch Co" 250 mg L ới các khoảng

pH khác nhau từ 1 đến 6 Những giá tr pH này được điều chỉnh bởi dung địch NaOH 0,1M, Hỗn hợp được khuế

để loại bo chit hip phụ Nông độ Co?" sau hắp phụ được xác định bằng phương pháp trong 24 giờ tại nhiệt độ phòng Sau d6 dung dich được lọc

phố hấp thủ nguyên tử (AAS) ở bước sóng 240.7 nm, Ning &6 Co duge xée định dựa trên đường chuẩn (phụ lự 1)

3.42 Ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ

Chuẩn bị sáu bình cầu có đung tích 100 mL cân vào mỗi bình cầu lượng DUT-52- 'SO:H chính xác từ 5 đến 30 mạ, sau đó cho vào mỗi binh cau 100 mL dung dich Co? S50 mg L.” Điều chỉnh pH đung dịch đến giá tri pH à 6, bằng dung dich NaOH 0, M

'Hỗn hợp được khuấy trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng Sau đó dung dich được lọc để loại

bỏ chất hp phụ Nông độ Co" sau hấp phụ được xắc định bằng phương pháp phổ bắp, thủ nguyên tử (AAS) ở bước sóng 2407 nm

2.3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ

Cho 15 mg gram DUT-52- SOsH vito 100 ml dung dich Co? véi ning dé tr 100

<4én 1000 mg Li plt 6 (pH này được chọn là pH tối ưu) Khuẩy hỗn hợp rên máy

Xhuấy từ trong 24 giờ để đảm bảo quá tình hấp phụ đạt trạng thái cân bằng tại nhiệt độ phòng Sau đó, lọc dung dịch để loại bỏ chất hip phy, nng độ Co"* được xác định bing

phương pháp phổ hip thu nguyên tit (AAS) ở bước sóng 240,7 nm Mô hình hấp phụ của DUT-52-SO:H

2.3.4 Động học hấp phụ

Cho 5 mẹ DUT-52 SOsH vio 50 mL dung dich Co?" nồng độ 50 mg L-† tại pH

= 5⁄5 và được khuấy từ trong các khoảng thời gian khác nhau 3,5, 30, 0, 90 phúc Sau

25