Nghiên cứu tổng hợp nano bạc trên nền vật liệu fe3o4 bằng dịch chiết lá sả chanh và Ứng dụng xử lý rhodamine b

23 3.3 Đồ thị phụ thuộc của lnC0/C của RhB vào thời gian sau khi cho NaBH4 khi không có mặt chất xúc tác a, có mặt Fe3O4 b và Ag/Fe3O4 c 25 3.4 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ khử RhB bằ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TRÊN NỀN

VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ RHODAMINE B

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2024

NGUYỄN THỊ THÚY DIỄM

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TRÊN NỀN

VÀ ỨNG DỤNG XỬ LÝ RHODAMINE B

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ

Mã số: 8440114

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐINH VĂN TẠC

Đà Nẵng - Năm 2024

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU iii

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS iv

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Đối tượng nghiên cứu 1

3 Mục tiêu nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 2

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Bố cục luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về vật liệu 4

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về nguyên tố bạc 4

1.1.2 Giới thiệu sơ lược về vật liệu Fe3O4 5

1.1.3 Giới thiệu sơ lược về vật liệu Ag/Fe3O4 6

1.2 Tổng quan về lá sả chanh 7

1.2.1 Đặc điểm cây sả chanh 7

1.2.2 Thành phần hóa học của lá cây sả chanh 8

1.2.3 Công dụng của lá sả chanh 8

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo 9

1.3.2 Tính chất 9

1.4 Sơ lược về phản ứng xúc tác 10

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 12

2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị 12

2.1.1 Nguyên liệu 12

2.1.2 Hóa chất 12

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị 12

2.2 Tổng hợp vật liệu 13

2.2.1 Tổng hợp vật liệu Fe3O4 13

2.2.2 Thu dịch chiết nước lá sả chanh 13

2.2.3 Tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4 13

2.3 Xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu 14

2.4 Xác định nồng độ của dung dịch chất màu rhodamine B 14

2.4.1 Phương pháp UV-Vis 14

2.4.2 Xây dựng phương trình đường chuẩn 15

2.5 Thử khả năng xử lý chất màu rhodamine B bằng vật liệu Ag/Fe3O4 15

2.5.1 Hấp phụ chất màu rhodamine B 15

2.5.2 Xúc tác quang phân hủy chất màu rhodamine B ở điều kiện ánh sáng phòng thí nghiệm 16

2.5.3 Xúc tác khử chất màu rhodamine B bằng NaBH4 trong môi trường kiềm 16 2.6 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chiết nước lá sả chanh đến khả năng xúc tác của vật liệu 16

2.6.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng 17

2.6.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết 17

2.6.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 17

2.7 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 17

2.7.1 Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết 18

2.7.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano 18

2.7.3 Ảnh hưởng của thời gian tạo nano 18

2.7.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 18

2.7.5 Ảnh hưởng của hàm lượng Fe3O4 19

2.8 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử chất màu rhodamine B bằng NaBH4 19

2.8.1 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu 19

2.8.2 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH 20

2.8.3 Ảnh hưởng của nồng độ chất màu rhodamine B 20

2.8.4 Ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 20

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

3.1 Kết quả xây dựng phương trình đường chuẩn của rhodamine B 22

3.2 Kết quả đánh giá khả năng xử lý chất màu rhodamine B của vật liệu 22

3.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chiết lá sả chanh đến hoạt tính xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 26

3.3.1 Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng 27

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết 28

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết 30

3.4 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4 32

3.4.1 Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết lá sả chanh 32

3.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano bạc 34

3.4.4 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 38

3.4.5 Ảnh hưởng của hàm lượng Fe3O4 40

3.5 Kết quả xác định đặc trưng lý hóa của vật liệu 41

3.5.1 Kết quả đo phổ XRD 41

3.5.2 Kết quả đo phổ EDX 43

3.5.3 Kết quả chụp ảnh SEM 43

3.6 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử chất màu rhodamine B bằng NaBH4 xúc tác Ag/Fe3O4 44

3.6.1 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu Ag/Fe3O4 44

3.6.2 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH 46

3.6.3 Ảnh hưởng của nồng độ rhodamine B 48

3.6.4 Ảnh hưởng của nồng độ NaBH4 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X

RhB Rhodamine B

SEM Phương pháp hiển vi điện tử quét

UV-Vis Quang phổ hấp thụ phân tử

XRD Phổ nhiễu xạ tia X

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Một số thuộc tính đặc trưng của Fe3O4 5

3.1 Kết quả hồi quy tuyến tính ln(C0/C) của RhB theo thời

gian

25 3.2 Thành phần nguyên tố vật liệu Ag/Fe3O4 43

3.1 Đồ thị xây dựng phương trình đường chuẩn của RhB 22 3.2 Sự thay đổi nồng độ RhB theo thời gian khi không có mặt

chất xúc tác (a); có mặt Fe3O4 (b) và Ag/Fe3O4 (c)

23

3.3 Đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) của RhB vào thời gian sau

khi cho NaBH4 khi không có mặt chất xúc tác (a), có mặt

Fe3O4 (b) và Ag/Fe3O4 (c)

25

3.4 Đồ thị biểu diễn hằng số tốc độ khử RhB bằng NaBH4 trong

môi trường kiềm khi không có mặt chất xúc tác, có mặt

Fe3O4 và Ag/Fe3O4

26

3.5 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB vào thời gian phản

ứng khi có mặt Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh với khối lượng lá khác nhau

27

3.6 Đồ thị phụ thuộc của của hằng số tốc độ khử RhB bằng

NaBH4 vào khối lượng lá sả chanh

28

3.7 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB vào thời gian phản

ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh được chiết trong các khoảng thời gian khác nhau

29

3.8 Đồ thị phụ thuộc của của hằng số tốc độ khử RhB bằng

NaBH4 vào thời gian chiết lá sả chanh

29

3.9 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB vào thời gian phản

ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dịch chiết nước lá sả chanh được chiết ở các nhiệt độ khác nhau

40

3.20 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử RhB vào vào khối

lượng Fe3O4

41

3.21 Phổ XRD của mẫu vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 42

3.23 Ảnh SEM của vật liệu Ag/Fe3O4 ở các độ phóng đại khác

nhau 5000 (a), 10000 (b)

44

3.24 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB vào thời gian phản

ứng khi có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4 với hàm lượng khác nhau

45

3.25 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử RhB vào vào hàm

lượng Ag/Fe3O4

45

3.26 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB trong dung dịch có

nồng độ NaOH khác nhau vào thời gian phản ứng, có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4

47

3.27 Đồ thị phụ thuộc của hằng số tốc độ khử RhB bằng NaBH4

vào nồng độ NaOH

47

3.28 Đồ thị phụ thuộc của tốc độ khử RhB trung bình trong 25

phút vào nồng độ ban đầu rhB

48

3.29 Đồ thị phụ thuộc của ln(Co/C) của RhB trong dung dịch có

nồng độ NaBH4 khác nhau vào thời gian phản ứng, có mặt chất xúc tác Ag/Fe3O4

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Nước thải ngành dệt may là một trong những tác nhân chính gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người Các chất gây ô nhiễm chính trong nước thải dệt may là các hợp chất hữu cơ khó phân hủy, halogen hữu cơ và thuốc nhuộm Ngành dệt may sử dụng nhiều loại thuốc nhuộm không chỉ gây đổi màu nước thải mà còn gây ô nhiễm cho con người và môi trường điển hình là rhodamine B [19,20] Hiện nay trên thế giới các nhà khoa học đã tìm ra những phương pháp xử lý chất màu phù hợp như: phương pháp hấp phụ, xúc tác quang phân hủy chất màu, khử chất màu về dạng trung tính…Trong đó, phương pháp khử chất màu về dạng trung tính, không màu và ít độc đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu

Nano bạc với những tính chất đặc trưng và hữu ích mà con người đã biết đến từ lâu như tính kháng khuẩn, tính xúc tác, tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt Vậy nên nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y tế, làm đẹp, các thiết bị công nghệ điện tử

và các thiết bị xử lí nước Ngoài ra, nano bạc còn được sử dụng làm chất xúc tác trong các phản ứng hóa học để phân hủy các chất ô nhiễm màu nhuộm

Quá trình tổng hợp nano bạc từ dịch chiết thực vật đã và đang được các nhà khoa học hướng tới bởi đây được xem là phương pháp thân thiện với môi trường nhất hiện nay Dịch chiết lá sả chanh chứa một lượng lớn citral có tính khử mùi, xua đuổi côn trùng và có tính kháng khuẩn mạnh Hợp chất này còn đóng vai trò là chất khử trong quá trình điều chế các hạt nano bạc, đồng,…[4,6] Vật liệu composite nano bạc phân tán trên nền oxide sắt từ Fe3O4 mang tính vượt trội hơn các hạt nano bạc, bởi tính siêu thuận

từ của Fe3O4 có thể dễ dàng thu hồi bằng từ trường ngoài và tái sử dụng chất xúc tác, có

ý nghĩa rất lớn về kinh tế cũng như môi trường [5,8]

Với những lý do trên, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp nano bạc trên nền vật liệu Fe3O4 bằng dịch chiết lá sả chanh và ứng dụng xử lý rhodamine B.”

2 Đối tượng nghiên cứu

Vật liệu nano Ag/Fe3O4 tổng hợp từ dung dịch AgNO3 trong huyền phù Fe3O4

sử dụng dịch chiết nước lá sả chanh

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Tổng hợp được vật liệu Ag/Fe3O4 bằng cách khử dung dịch AgNO3 trong huyền phù Fe3O4 bằng dịch chiết lá sả chanh

- Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện chiết, điều kiện tổng hợp nano đến hoạt tính xúc tác của vật liệu

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình khử RhB bằng NaBH4 sử dụng xúc tác Ag/Fe3O4

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập, tổng hợp tài liệu liên quan đến thành phần hóa học của lá sả chanh; các phương pháp chiết tách, thu hồi dịch chiết thực vật; phương pháp tổng hợp xanh tổng hợp các kim loại ở dạng nano

- Thu thập, tổng hợp các tài liệu, bài báo khoa học đã được công bố trong và ngoài nước về vật liệu Fe3O4, Ag/Fe3O4

- Tìm hiểu các thông tin về phản ứng khử rhodamine B bằng NaBH4: cơ chế phản ứng; các điều kiện cần thiết để phản ứng xảy ra; các loại xúc tác đã được nghiên cứu và tác dụng của chúng

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp chưng ninh, sử dụng dung môi nước để thu dịch chiết nước lá sả chanh

- Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis để xác định nồng độ chất màu rhodamine B

- Phương pháp đo XRD, EDX, SEM để xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu Ag/Fe3O4 tạo thành

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Cung cấp thêm tư liệu về phương pháp hóa học xanh tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4

và phản ứng khử chất màu rhodamine B

Từ vật liệu rẻ tiền, dễ kiếm, điều chế được vật liệu có hoạt tính xúc tác tốt cho phản ứng khử rhodamine B, đồng thời dễ dàng thu hồi và tái sử dụng, có thể ứng dụng trong xử lý nước thải để giảm tình trạng ô nhiễm nguồn nước

6 Bố cục luận văn

Ngoài phần mở đầu, kí hiệu các chữ viết tắt, danh mục các bảng, hình, đồ thị, sơ

đồ, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục Luận văn được chia làm các chương như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN

Chương 2 THỰC NGHIỆM

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về vật liệu

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về nguyên tố bạc

Bạc (silver) là một kim loại được sử dụng rộng rãi trong đời sống, được coi là kim loại quý bởi những đặc tính quý giá của nó

Bạc kí hiệu là Ag, là kim loại nằm ở ô thứ 47, chu kì 5, phân nhóm phụ nhóm IB trong bảng hệ thống tuần hoàn, có cấu hình electron là [Kr]4d105s1 Số oxi hóa ở trạng thái ổn định nhất của bạc là +1 Kim loại bạc xuất hiện trong tự nhiên ở dạng nguyên chất, như bạc tự sinh, ở dạng hợp kim với vàng và các kim loại khác, và ở trong các khoáng vật như argentite và chlorargyrite [6]

Bạc là kim loại mềm, đàn hồi, dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), hóa trị một, dùng để đúc tiền và có màu trắng kim loại bóng nếu bề mặt được đánh bóng kỹ Độ dẫn điện của bạc là tốt nhất trong số các kim loại, cao hơn đồng, nhưng do giá thành cao hơn nên nó không được sử dụng rộng rãi trong chế tạo dây dẫn điện như đồng Bạc nguyên chất có độ dẫn nhiệt cao nhất, màu trắng nhất, độ phản xạ cao nhất (mặc

dù nó phản xạ tia cực tím rất kém) và có điện trở thấp nhất trong tất cả các kim loại Muối halogenua bạc rất nhạy cảm với ánh sáng và sẽ tạo ra hiệu ứng rõ rệt khi tiếp xúc với ánh sáng Kim loại bạc ổn định trong không khí và nước sạch nhưng mất độ bóng trong ozone, acid hydrochloric hoặc không khí chứa lưu huỳnh

Các hợp chất của bạc được sử dụng trong phim ảnh, bạc nitrate loãng được sử dụng làm chất khử trùng và bạc đã được nghiên cứu rộng rãi vì nhiều ứng dụng kháng khuẩn trong y học [4,6] Trong y học, bạc được dùng làm băng vết thương và dùng làm chất phủ kháng sinh trong các thiết bị y tế Băng vết thương có chứa bạc sulfadiazine hoặc vật liệu nano bạc được sử dụng để điều trị nhiễm trùng bên ngoài Bạc cũng được sử dụng trong một số ứng dụng y tế như ống thông tiểu (có bằng chứng

sơ bộ cho thấy nó có thể làm giảm nhiễm trùng đường tiết niệu liên quan đến ống thông) và ống thở nội khí quản (có bằng chứng cho thấy nó có thể làm giảm viêm phổi liên quan đến máy thở) Bạc ion (Ag+) có hoạt tính sinh học và có thể tiêu diệt vi khuẩn trong ống nghiệm ở nồng độ đủ

Ngoài ra hiện nay việc tổng hợp nano bạc từ các dịch chiết thực vật được các nhà khoa học quan tâm đến với ứng dụng nghiên cứu để xử lý các nước thải trước khi

thải ra ngoài môi trường [10,20]

1.1.2 Giới thiệu sơ lược về vật liệu Fe3O4

Oxide sắt từ có công thức phân tử Fe3O4 là vật liệu từ tính đầu tiên mà con người biết đến Từ thế kỷ IV người Trung Quốc đã khám phá ra rằng Fe3O4 tìm thấy trong các khoáng vật tự nhiên có khả năng định hướng dọc theo phương Bắc Nam địa lý Đến thế

kỷ XII, họ đã sử dụng vật liệu Fe3O4 để làm la bàn, một công cụ giúp xác định phương hướng rất có ích Trong tự nhiên oxide sắt từ không những được tìm thấy trong các khoáng vật mà được tìm thấy trong các cơ thể sinh vật như: vi khuẩn Apuaspirillum magnetotacticum, ong, mối, chim bồ câu … Chính sự có mặt của Fe3O4 trong cơ thể các sinh vật này đã tạo nên khả năng xác định phương hướng mang tính bẩm sinh của chúng [5,8] Quặng manhetit có hàm lượng sắt cao nhất được dùng trong ngành luyện gang, thép Fe3O4 hạt nano được dùng để đánh dấu tế bào và xử lí nước bị nhiễm bẩn

Bảng 1.1 Một số thuộc tính đặc trưng của Fe3O4

Thuộc tính Công thức phân tử FeO.Fe2O3 hoặc Fe3O4

Có nhiều phương pháp chế tạo hạt nano oxide sắt từ tính như:

+ Phương pháp nghiền: Vật liệu từ tính được nghiền cùng với chất hoạt động

bề mặt (acid oleic, ) và dung môi (dầu, n-hexan, ) [11] Ở đây, chất hoạt động bề mặt giúp quá trình nghiền trở nên dễ dàng và ngăn các hạt kết tụ lại với nhau Sản phẩm nghiền trải qua quá trình tách hạt rất phức tạp để thu được các hạt tương đối đồng đều

+ Phương pháp đồng kết tủa: cho phép tạo ra các hạt nano từ tính có kích thước

và tính chất từ khác nhau bằng việc điều chỉnh các điều kiện thí nghiệm Các hạt Fe3O4được tổng hợp bằng phương pháp này có kích thước từ vài nanomet đến vài chục nanomet, đồng thời đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của sản phẩm

tạo thành Phương pháp này có ưu điểm nổi trội như: quy trình đơn giản, phản ứng xảy

ra nhanh, có thể tạo ra hạt có độ đồng nhất và độ phân tán cao Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là sản phẩm hạt nano tạo thành có độ từ hóa thấp và dễ bị kết tụ [11]

+ Phương pháp hóa siêu âm: là phương pháp tổng hợp hóa học dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm Muối sắt (II) acetate được cho vào trong nước cất hai lần rồi cho chiếu xạ siêu âm với công suất khoảng 200 W trong 2 giờ trong môi trường bảo vệ Sóng siêu âm được tác dụng dưới dạng xung để tránh hiện tượng quá nhiệt do siêu âm tạo ra Khi tác dụng siêu âm, trong dung dịch sẽ xuất hiện các chất có tính khử và tính oxi hóa như H2,

H2O2 Các sản phẩm trung gian năng lượng cao có thể là HO2 (superoxide), hydrogen nguyên tử, hydroxyl và điện tử Các chất này sẽ oxi hóa muối sắt và biến chúng thành magnetite Fe3O4 Sau khi phản ứng xảy ra, ta thu được hạt nano Fe3O4 [11]

1.1.3 Giới thiệu sơ lược về vật liệu Ag/Fe3O4

Vật liệu composite Ag/Fe3O4 được một số nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu Có nhiều phương pháp khác nhau để phân tán Ag lên trên bền mặt

Fe3O4 Từ các nguyên liệu là nguồn phụ phẩm xơ dừa được thu mua từ tỉnh Bến Tre, Vũ Năng An cùng với các cộng sự đã tổng hợp nanocomposite Ag/Fe3O4/CNC thành công bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản và thân thiện với môi trường, khi có mặt NaBH4sau 2 phút lượng Methylene Blue bị phân hủy đến 85% [11]

Vật liệu nano Ag/Fe3O4 lai được chế tạo bằng phương pháp nuôi mầm bởi Nguyễn Thị Ngọc Linh và cộng sự vào năm 2020 Hệ nano lai cấu trúc core - shell Ag/Fe3O4 với kích thước hạt 15,8 nm được tổng hợp thành công trong dung môi hữu cơ bằng phương pháp nuôi mầm Vật liệu chế tạo được đáp ứng từ tốt, có độ bền và ổn định cao Nghiên cứu này mở đường cho việc ứng dụng các hạt nano lai Ag/Fe3O4 trong khử khuẩn như xử lý nguồn nước nhiễm khuẩn, có thể thu hồi và tái sử dụng liệu nhờ từ trường ngoài [5]

Gần đây, một số nghiên cứu đã chứng minh rằng các hạt nano Ag có thể nâng cao hiệu quả của quá trình nhiệt phân hủy [12] Liu và cộng sự [13] đã báo cáo ảnh hưởng của tổ hợp Fe3O4 NPs và Ag NPs trong liệu pháp từ nhiệt trị và phát hiện ra rằng

sự hiện diện của Ag NPs đã tăng cường khả năng làm chết tế bào ung thư cả trong in vitro và in vivo Tuy nhiên, nhiệt sinh ra từ Fe3O4 NPs dưới tác dụng của từ trường chỉ

có thể truyền đi trong khoảng cách rất ngắn và có tính cục bộ, và do đó, việc tách Fe3O4

NPs và Ag NPs có thể hạn chế độ nhạy của Ag NPs với hiện tượng tăng thân nhiệt do

Fe3O4 NPs gây ra Hiện nay, tổ hợp của Fe3O4 NPs và Ag NPs để tạo thành một cấu trúc kiểu lai dị thể (Fe3O4-Ag) hoặc lõi-vỏ (Fe3O4/Ag hay Ag/Fe3O4) được chứng minh giúp cải thiện các thuộc tính riêng lẻ của mỗi thành phần Bên cạnh đó, các cấu trúc này cũng làm giảm thiểu sự kết tụ và oxy hóa các hạt nano Fe3O4 [8]

Qua nghiên cứu tài liệu thấy rằng, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu composite Ag/Fe3O4 bằng phương pháp hóa học xanh sử dụng dịch chiết lá sả chanh và ứng dụng làm chất xúc tác cho việc xử lý nước thải dệt nhuộm là hướng nghiên cứu tiềm năng và

có triển vọng

1.2 Tổng quan về lá sả chanh

1.2.1 Đặc điểm cây sả chanh

Tên tiếng Việt: Cỏ sả, Lá sả, Sả chanh, Hương mao, Sả

Tên khoa học: Cymbopogon citratus Stapf

Hình 1.1 Hình ảnh cây sả chanh

Sả chanh chịu hạn tốt nhưng chịu nhiệt kém, cây sả phát triển tốt ở 22- 27 oC Lượng mưa thích hợp là 1500-2000 mm/năm để sả được phát triển tốt nhất Cây sả chanh

là cây cần đủ ánh sáng để quang hợp và cho sự tích tụ tinh dầu trong tế bào Ở nước ta cây sả chanh đã được trồng từ lâu với diện tích lớn ở cả hai miền Nam và Bắc

1.2.2 Thành phần hóa học của lá cây sả chanh

Sả chanh chứa 1-2 % tinh dầu màu vàng nhạt, thơm mùi chanh với thành phần chủ yếu là citral (65-85 %) và các thành phần khác (nerol geraniol, citronellal, terpinolen, geranyl acetat, và methylheptenon) thay đổi tuỳ từng loại sả Mùi đặc trưng của sả do thành phần metylheptenon có trong tinh dầu Flavonoid (luteolin, isoorientin 2’-O-rhamnoside, quercetin, kaempferol và apiginin) [7]

Thành phần hóa học và tỉ lệ phần trăm các hợp chất chứa trong dịch chiết lá sả chanh được trình bày ở Bảng 1.2 [4,6]

Bảng 1.2 Thành phần hóa học của lá sả chanh

1.2.3 Công dụng của lá sả chanh

Sả chanh được dùng chữa cảm sốt, đau bụng, đi ngoài, đầy hơi, trướng bụng, nôn mửa, trẻ em phong kinh, ho, viêm phổi, ngộ độc Lá sả nấu nước gội đầu làm sạch gầu, trơn tóc, tránh bệnh về da đầu Tinh dầu sả, dùng trừ muỗi, khử mùi tanh hôi, dùng xoa ngoài chống cúm phòng bệnh truyền nhiễm Tinh dầu sả còn dùng trong công nghiệp chất thơm, làm nước hoa, xà phòng thơm…

Ngoài ra, trong một vài nghiên cứu gần đây cho thấy dịch chiết lá sả chanh chứa các tác nhân khử được sử dụng để tổng hợp các nano kim loại [4,6]

Năm 2013, Lương Thị Tú Uyên cùng nhóm nghiên cứu của mình đã tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử dịch chiết lá sả và được ứng dụng làm

chất kháng khuẩn [6]

Năm 2014, Tăng Trung Kiên cùng với cộng sự đã nghiên cứu thành công nano đồng bằng dịch chiết lá sả và ứng dụng làm chất kháng khuẩn [4]

1.3 Tổng quan về chất màu rhodamine B

1.3.1 Đặc điểm cấu tạo

Rhodamine B là một hợp chất hóa học viết tắt là (RhB), là một thành phần của phẩm màu công nghiệp

Công thức phân tử là C28H31ClN2O3

Phân tử khối là 479,02 g/mol

Công thức cấu tạo của rhodamine B:

Hình 1.2 Cấu tạo của RhB 1.3.2 Tính chất

Ở nhiệt độ phòng, rhodamine B tồn tại ở dạng rắn, màu đỏ được sử dụng nhiều trong công nghiệp dệt nhuộm Tinh thể rhodamine B khó tan trong nước lạnh và ethanol, khi đun nóng thì tan dễ hơn, khi hòa tan vào nước hình thành dung dịch có màu đỏ Trong môi trường nước, RhB tồn tại ở dạng cation, hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến (400 - 700 nm), cực đại hấp thụ tại bước sóng 554 nm

RhB không có trong danh mục phụ gia thực phẩm và không được phép sử dụng Một số nhà máy, cơ sở sản xuất đã sử dụng để nhuộm màu hạt dưa và các thực phẩm khác Rhodamine B tích lũy lâu dài sẽ gây ung thư Chất này tạo màu đỏ nhưng chúng

là hóa chất độc hại với sức khỏe con người Rhodamine là chất có nhiều gốc như:

Rhodamine A, Rhodamine B, Rhodamine C, Rhodamine S nhưng đặc điểm của nó là cho màu đỏ đẹp và bền Còn với Rhodamine B tổng hợp có một hoặc nhiều vòng thơm benzen Vòng thơm benzen là tổ hợp hóa học có thể gây ung thư Nếu ăn phải thực phẩm này vào cơ thể thì sẽ thâm nhập qua đường tiêu hóa gây ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng trong đó có gan, thận Mức nhẹ có thể gây nôn mửa, hoặc ngộ độc, nếu lâu dài sẽ tích lũy có thể gây ung thư Nếu tiếp xúc qua đường hô hấp thì có các triệu chứng như khó thở, tức ngực, ngứa cổ, ho như viêm họng Còn tiếp xúc qua da sẽ thấy dị ứng, mẩn ngứa

Hình 1.3 Rhodamine B được nhuộm lên thực phẩm 1.4 Sơ lược về phản ứng xúc tác

Phản ứng xúc tác là quá trình làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học của một hay nhiều chất phản ứng, nhờ vào sự tham gia của một chất thêm vào gọi là chất xúc tác Chất xúc tác không bị mất đi trong quá trình phản ứng Có mặt của chất xúc tác trong phản ứng hóa học có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên nhiều lần, hàng chục lần, hàng trăm lần, nên rút ngắn được thời gian, tăng cao hiệu suất sản xuất

Đặc điểm của hiện tượng xúc tác: là có tính chọn lọc cao, không làm thay đổi chiều của phản ứng hóa học Việc nghiên cứu tìm kiếm các chất xúc tác phù hợp, hiệu quả là vô cùng ý nghĩa

Phân loại phản ứng xúc tác gồm: xúc tác đồng thể và xúc tác dị thể

+ Phản ứng xúc tác đồng thể: Là phản ứng trong đó chất xúc tác và chất phản ứng cùng pha Phản ứng xúc tác đồng thể chỉ xảy ra ở pha khí và pha lỏng, không có chất xúc tác đồng nhất ở pha rắn Các phản ứng xúc tác đồng thể khi có mặt chất xúc tác sẽ làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, từ đó làm tăng giá trị của hằng số tốc độ k, dẫn đến tốc độ phản ứng tăng lên trong cùng điều kiện (so với khi không có chất xúc tác trên bề mặt) Ngoài xúc tác acid-base còn có xúc tác enzyme và xúc tác phức hợp Chất xúc tác đồng thể bao gồm các phân tử hoặc ion đơn giản như HF,

Mn2+ hoặc tổ hợp các phân tử như hợp chất hữu cơ kim loại, phức hợp, enzyme Tất cả các loại chất xúc tác đều tan trong dung dịch phản ứng [1, 2]

+ Phản ứng xúc tác dị thể: Là phản ứng trong đó chất phản ứng khác pha với chất xúc tác Chất xúc tác dị thể thường là chất rắn và phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác Thường gặp nhất là hệ xúc tác dị thể pha rắn và pha khí [1, 2]

Đặc điểm của phản ứng xúc tác dị thể là phản ứng diễn ra nhiều giai đoạn, có hai đặc trưng đó là quá trình xảy ra ở lớp đơn phân tử trên bề mặt chất xúc tác và đặc trưng này thể hiện ở chỗ trong xúc tác dị thể thì khuếch tán và hấp phụ đóng vai trò quan trọng Chất xúc tác không phải là những phân tử, ion riêng rẽ mà là một tổ hợp những nguyên tử, ion Trong quá trình dị thể năng lượng hoạt hóa giảm đi mạnh hơn rất nhiều

so với quá trình đồng thể

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị

Bảng 2.1 Hoá chất sử dụng trong nghiên cứu

(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O AR, 98%, Trung Quốc

Rhodamine B (C28H31ClN2O3) AR, 99%, Trung Quốc

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị

Nghiên cứu sử dụng các dụng cụ thông dụng trong phòng thí nghiệm như:

- Cốc thuỷ tinh, ống đong, bình cầu, bình tam giác, bình định mức, pipette

- Muỗng sắt, kéo sắt, rổ nhựa, kiềng sắt, đũa thuỷ tinh, con từ, chén sứ, giấy lọc Các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu bao gồm:

- Cân phân tích, tủ sấy

- Máy khuấy từ gia nhiệt

- Máy đo pH HANNA HI2010 – 02

- Bếp cách thủy

- Máy đo UV – Vis V730, Perking Elmer

- Máy XRD Bruker D8 ADVANCE ECO

- Máy đo kính hiển vi điện tử quét SEM JSM IT200

2.2 Tổng hợp vật liệu

2.2.1 Tổng hợp vật liệu Fe3O4

Vật liệu Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa muối Fe(III) và muối Fe(II) theo tỉ lệ số mol là 2:1 bằng dung dịch NaOH Các bước tiến hành thí nghiệm như sau:

Hòa tan hoàn toàn 5,41 g FeCl3.6H2O và 3,914 g (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O vào cốc thủy tinh chứa 100 mL nước cất Thêm từ từ vào dung dịch hỗn hợp 400 mL dung dịch NaOH 2 M và khuấy liên tục bằng máy khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ t = 70 oC Sau khi thêm xong dung dịch NaOH, hỗn hợp phản ứng tiếp tục được khuấy thêm 15 phút

Sản phẩm tạo thành có màu nâu đen được làm lắng bằng cách sử dụng nam châm Gạn rửa kết tủa nhiều lần bằng nước cất Chất rắn thu được đem sấy ở 60 oC trong vòng

4 h thu vật liệu Fe3O4

2.2.2 Thu dịch chiết nước lá sả chanh

Cân m g nguyên liệu lá sả chanh cho vào cốc thủy tinh, tiếp tục thêm 200 mL nước cất và chưng ninh trong bếp cách thủy trong khoảng thời gian t phút ở nhiệt độ T

oC (cốc thủy tinh được bọc bằng màng bọc thực phẩm để giảm thiểu lượng dung môi bay hơi) Lọc bỏ phần bã bằng giấy lọc, thu dịch chiết nước lá sả chanh

Các thông số của quá trình chiết nước lá sả chanh như: khối lượng lá sả chanh (m), thời gian chiết (t) và nhiệt độ chiết (T oC) được khảo sát để tìm điều kiện chiết phù hợp, cho phép điều chế vật liệu Ag/Fe3O4 có hoạt tính xúc tác khử RhB bằng NaBH4 tốt nhất

2.2.3 Tổng hợp vật liệu Ag/Fe3O4

Vật liệu Ag/Fe3O4 được tổng hợp bằng cách phân tán chất mang Fe3O4 vào dung dịch AgNO3 dưới dạng huyền phù, sau đó sử dụng dịch chiết nước lá sả chanh để khử ion Ag+ trong dung dịch thành Ag Nano Ag tạo thành bám lên trên chất mang Fe3O4tạo thành vật liệu composite Ag/Fe3O4 Các bước tiến hành như sau:

Cân a gam Fe3O4 cho vào cốc thủy tinh chứa 10 mL nước cất, đánh siêu âm trong thời gian 15 phút để tạo huyền phù Fe3O4 trong nước Thêm vào 50 mL dung dịch AgNO3 C (ppm) rồi đặt lên máy khuấy từ gia nhiệt ở nhiệt độ T oC Nhỏ từ từ từng giọt cho đến khi hết V mL dịch chiết lá sả chanh Hỗn hợp phản ứng được khuấy thêm t (phút) Sản phẩm tạo thành được làm lắng bằng cách sử dụng nam châm Gạn rửa kết

tủa nhiều lần bằng nước cất Chất rắn thu được đem sấy ở 60 oC trong vòng 2 h thu vật liệu Ag/Fe3O4

Các thông số của quá trình tạo nano như: Khối lượng vật liệu nền Fe3O4 (a), nồng

độ dung dịch AgNO3 (C), thể tích dịch chiết (V), nhiệt độ tạo nano (T oC) và thời gian tạo nano (t) được khảo sát để tìm điều kiện tạo nano phù hợp, cho phép điều chế vật liệu Ag/Fe3O4 có hoạt tính xúc tác khử RhB bằng NaBH4 tốt nhất

2.3 Xác định các đặc trưng lý hóa của vật liệu

Chuẩn bị 2 mẫu vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 để xác định các đặc trưng lý hóa:

- Mẫu vật liệu Fe3O4 được tổng hợp theo quy trình mục 2.2.1

- Mẫu vật liệu Ag/Fe3O4 được tổng hợp theo quy trình mục 2.2.3 ở điều kiện: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6 và 2.7

Vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 sau khi tổng hợp được đem đo XRD để xác định cấu trúc pha và thành phần pha, mẫu Ag/Fe3O4 được đem đo SEM để xác định hình thái bề mặt, đo EDX để xác định thành phần nguyên tố

Các phép đo XRD, EDX và SEM được thực hiện tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm – ĐHĐN

2.4 Xác định nồng độ của dung dịch chất màu rhodamine B

2.4.1 Phương pháp UV-Vis

Phổ tử ngoại và khả kiến, viết tắt là UV – Vis (Ultraviolet-Visible) là phương pháp phân tích sử dụng phổ hấp thụ hoặc phản xạ trong phạm vi vùng cực tím cho tới vùng ánh sáng nhìn thấy được:

Vùng sóng tử ngoại UV ( 200 – 400 nm)

Khả kiến Vis (400 – 800 nm)

Nguyên tắc hoạt động: Các đèn phát ra nguồn sáng chiếu vào hệ thống thấu kính tạo ra chùm sáng trắng đi qua khe hẹp vào bộ phận tán sắc Khi chùm sáng trắng chiếu vào lăng kính thì ngay lập tức sẽ bị tán sắc thành các tia sáng đơn sắc chiếu về mọi phía Tia sáng phản xạ qua các thấu kính gương phẳng ra khỏi buồng tán sắc đến bộ phận phân chia chùm sáng, bộ phận này hướng chùm sáng đến các curvet đựng mẫu nghiên cứu Detector sẽ tiếp nhận và phân tích các chùm sáng qua curvet, chuyển tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện và cho hiện lên máy tính kết quả đo

Do các thuộc tính quang học của dung dịch chứa hạt nano phụ thuộc vào hình

dạng, kích thước và nồng độ của hạt, nên ta có thể sử dụng UV-Vis để xác định các thuộc tính trên

Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch tuân theo định luật Beer–Lambert–Bouguer:

A = - logT = log (Io/It) = εlC (2.1) Trong đó, T là độ truyền quang; Io và It là cường độ ánh sáng ban đầu và cường

độ ánh sáng truyền qua dung dịch; ε là hệ số hấp thụ quang riêng; l là độ dày truyền quang hay độ dày của curvet; C là nồng độ dung dịch

2.4.2 Xây dựng phương trình đường chuẩn

Xây dựng phương trình đường chuẩn xác định nồng độ rhodamine B bằng cách chuẩn bị các dung dịch rhodamine B có nồng độ thay đổi từ 1,0 ppm đến 10,0 ppm Đo quang các dung dịch bằng máy đo UV – Vis V730, Perking Elmer

Vẽ đồ thị phụ thuộc của cực đại mật độ quang (xuất hiện tại bước sóng 554 nm) vào nồng độ rhodamine B Hồi quy tuyến tính thu được phương trình đường chuẩn của rhodamine B dạng:

A554 = aCRhB + b (2.2) Trong đó, A554 là cực đại mật độ quang (xuất hiện tại bước sóng 554 nm)

CRhB là nồng độ rhodamine B trong dung dịch (ppm) 2.5 Thử khả năng xử lý chất màu rhodamine B bằng vật liệu Ag/Fe3O4

2.5.1 Hấp phụ chất màu rhodamine B

Cho 5 mg vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 vào 2 cốc thủy tinh cùng chứa 25 mL dung dịch rhodamine B nồng độ 5 ppm Đặt các dung dịch hỗn hợp vào trong bóng tối, khuấy bằng máy khuấy từ Định kì, sau mỗi 10 phút hút khoảng 3 mL dung dịch, đo UV-Vis

để xác định nồng độ rhodamine B còn lại Sau khi đo quang xong dung dịch nhanh chóng được đổ lại vào bình hấp phụ Quá trình hấp phụ được tiến hành cho đến khi nồng

độ rhodamine B không đổi theo thời gian (đạt cân bằng hấp phụ)

Hiệu suất hấp phụ rhodamine B được xác định theo công thức:

' 0 ' 0

C0’ là nồng độ rhodamine B ban đầu (C0’ = 5 ppm);

C là nồng độ rhodamine B còn lại sau khi đạt cân bằng hấp phụ

2.5.2 Xúc tác quang phân hủy chất màu rhodamine B ở điều kiện ánh sáng phòng thí nghiệm

Sau khi đạt cân bằng hấp phụ, các hệ phản ứng được đem ra ngoài ánh sáng để đánh giá khả năng xúc tác quang phân hủy chất màu của vật liệu

Các dung dịch hỗn hợp được khuấy bằng máy khuấy từ ở điều kiện ánh sáng thường trong phòng thí nghiệm Định kì, sau mỗi 10 phút hút khoảng 3 mL dung dịch,

đo UV-Vis để xác định nồng độ rhodamine B còn lại Sau khi đo quang xong dung dịch nhanh chóng được đổ lại vào bình phản ứng Quá trình xúc tác quang được tiến hành cho đến khi nồng độ rhodamine B không đổi theo thời gian

2.5.3 Xúc tác khử chất màu rhodamine B bằng NaBH4 trong môi trường kiềm

Dung dịch hỗn hợp sau khi đạt cân bằng hấp phụ được thêm vào 2 mL dung dịch hỗn hợp NaBH4 0,2 M + NaOH 1,5 M và lắc đều Sau mỗi 5 phút hút khoảng 3 mL dung dịch, đo UV-Vis để xác định nồng độ rhodamine B còn lại Sau khi đo quang xong dung dịch được đổ lại vào bình phản ứng Phản ứng khử được thực hiện trong khoảng thời gian 25 phút

Hiệu suất xử lý rhodamine B được xác định theo công thức (2.2) Trong đó, C là nồng độ rhodamine B còn lại sau phản ứng

Vẽ đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) vào thời gian phản ứng t Ở đây, C0 là nồng độ RhB sau khi đạt cân bằng hấp phụ và C là nồng độ RhB tại thời điểm t

Hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng NaBH4 được xác định thông qua hệ số góc của phương trình hồi quy tuyến tính ln(C0/C) theo t

2.6 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chiết nước lá sả chanh đến khả năng xúc tác của vật liệu

Để khảo sát ảnh hưởng của điều kiện của quá trình chiết nước lá sả chanh đến khả năng xúc tác của vật liệu nano Ag/Fe3O4 tạo thành đối với phản ứng khử rhodamine

B bằng NaBH4 trong môi trường kiềm, tiến hành cố định các thông số như sau:

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4:

+ Tỉ lệ dịch chiết/dung dịch AgNO3: 10 mL /50 mL;

+ Nồng độ dung dịch AgNO3 5 mM;

+ Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 50 oC;

+ Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 20 phút;

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,02 g/50 mL

- Quá trình khử rhodamine B bằng NaBH4:

+ Nhiệt độ chiết: 100 oC

2.6.2 Ảnh hưởng của thời gian chiết

- Quá trình chiết được tiến hành ở điều kiện:

+Tỉ lệ rắn/lỏng: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.1

+Thời gian chiết: 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút, 60 phút

+ Nhiệt độ chiết: 100 oC

2.6.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ chiết

- Quá trình chiết được tiến hành ở điều kiện:

+Tỉ lệ rắn/lỏng: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.1

+Thời gian chiết: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.2

+ Nhiệt độ chiết thay đổi từ: 60 oC, 70 oC, 80 oC, 90 oC, 100 oC

2.7 Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano đến khả năng xúc tác của vật liệu Ag/Fe3O4

Để khảo sát ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nano đến khả năng xúc tác của vật liệu nano Ag/Fe3O4 tạo thành đối với phản ứng khử rhodamine B bằng NaBH4 trong môi trường kiềm, tiến hành cố định các thông số như sau:

- Quá trình chiết nước lá sả chanh:

+Tỉ lệ rắn/lỏng: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.1

+Thời gian chiết: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.2

+ Nhiệt độ chiết: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.3

- Quá trình khử rhodamine B bằng NaBH4:

+ Hàm lượng vật liệu: 0,2 g/L

+ Nồng độ NaBH4: 0,015 M

+ Nồng độ NaOH: 0,12 M

+ Nồng độ rhodamine B: 5 ppm

2.7.1 Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Tỉ lệ thể tích dịch chiết/thể tích dung dịch AgNO3: 6 mL, 8 mL, 10 mL, 12 mL,

14 mL/50 mL

+ Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 50 oC

+ Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 20 phút

+ Nồng độ dung dịchAgNO3 5 mM

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,02 g/50 mL

2.7.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ tạo nano

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.1 + Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 34 oC (nhiệt độ phòng); 40 oC; 50 oC;

60 oC; 70 oC

+ Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 20 phút

+ Nồng độ dung dịch AgNO3 5 mM

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,02 g/50 mL

2.7.3 Ảnh hưởng của thời gian tạo nano

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Tỉ lệ dịch chiết/dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.1

+ Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.2 + Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: 10 phút, 20 phút, 30 phút, 40 phút, 50 phút

+ Nồng độ dung dịch AgNO3 5 mM

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,02 g/50 mL

2.7.4 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Tỉ lệ dịch chiết/dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.1

+ Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.2 + Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.3 + Nồng độ dung dịch AgNO3 1 mM, 3 mM, 5 mM, 7 mM, 9 mM

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,02 g/50 mL

2.7.5 Ảnh hưởng của hàm lượng Fe3O4

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Tỉ lệ dịch chiết/dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.1

+ Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.2 + Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.3 + Nồng độ dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.4

+ Khối lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: 0,01 g; 0,015 g; 0,02 g; 0,025 g; 0,03 g/50 mL

2.8 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình khử chất màu rhodamine B bằng NaBH4

Để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tới quá trình khử chất rhodamine B bằng NaBH4 có mặt xúc tác Ag/Fe3O4, tiến hành cố định các thông số như sau:

- Quá trình chiết nước lá sả chanh:

+Tỉ lệ rắn/lỏng: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.1

+ Thời gian chiết: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.2

+ Nhiệt độ chiết: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.6.3

- Quá trình tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4:

+ Tỉ lệ thể tích dịch chiết/dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.1 + Nhiệt độ tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.2 + Thời gian tạo vật liệu nano Ag/Fe3O4: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.3 + Nồng độ dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.4

+ Khối lượng lượng Fe3O4/thể tích dung dịch AgNO3: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.7.5

2.8.1 Ảnh hưởng của hàm lượng vật liệu

- Quá trình khử rhodamine B bằng NaBH4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Hàm lượng vật liệu: 0,08 g/L; 0,12 g/L; 0,16 g/L; 0,2 g/L; 0,24 g/L

+ Nồng độ NaBH4: 0,015 M

+ Nồng độ NaOH: 0,12 M

+ Nồng độ rhodamine B: 5 ppm

2.8.2 Ảnh hưởng của nồng độ NaOH

- Quá trình khử rhodamine B bằng NaBH4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Hàm lượng vật liệu: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.8.1

+ Nồng độ NaBH4: 0,015 M

+ Nồng độ NaOH: 0,04 M; 0,08 M; 0,12 M; 0,16 M

+ Nồng độ rhodamine B: 5 ppm

2.8.3 Ảnh hưởng của nồng độ chất màu rhodamine B

- Quá trình khử rhodamine B bằng NaBH4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Hàm lượng vật liệu: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.8.1

- Quá trình khử RhB bằng NaBH4 được tiến hành ở điều kiện:

+ Hàm lượng vật liệu: lấy theo kết quả khảo sát mục 2.8.1

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm

Khuấy

Hàm lượng vật liệu Vật liệu nano

Sản phẩm

Thêm H2O, đánh siêu âm

Chưng ninh AgNO3

Dịch chiết Sản phẩm

Hút bằng nam châm Sản phẩm

Sấy Ag/Fe3O4

EXD

Vật liệu nano tối ưu

Khảo sát xử lý rhodamine B

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết quả xây dựng phương trình đường chuẩn của rhodamine B

Đồ thị phụ thuộc của cực đại mật độ quang tại vị trí bước sóng 554 nm của phép

đo UV- Vis vào nồng độ chất màu rhodamine B được thể hiện trên Hình 3.1

Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong khoảng nồng độ rhodamine B từ 1 ppm đến

10 ppm trên phổ đồ UV-Vis xuất hiện cực đại mật độ quang tại vị trí bước sóng 554 nm, giá trị cực đại mật độ quang tỉ lệ tuyến tính với nồng độ rhodamine B trong dung dịch Phương trình đường chuẩn của rhodamine B dựa trên kết quả hồi quy tuyến tính thu được là:

A554 = 0,2046 CRhB + 0,1069; R² = 0,9935 (3.1) Trong đó, A554 là cực đại mật độ quang tại bước sóng 554 nm;

CRhB là nồng độ của rhodamine B (ppm)

Hình 3.1 Đồ thị xây dựng phương trình đường chuẩn của rhodamine B

Giá trị hệ số xác định R2 = 0,9935 gần bằng 1 cho thấy phương pháp sử dụng phép đo UV-Vis để xác định nồng độ chất màu trong dung dịch rhodamine B có độ tin cậy cao 3.2 Kết quả đánh giá khả năng xử lý chất màu rhodamine B của vật liệu

y = 0.2046x + 0.1069R² = 0.9935

trường nước Để đánh giá khả năng xử lý chất màu của vật liệu Ag/Fe3O4 tổng hợp được, tiến hành 3 thí nghiệm song song trong dung dịch chất màu rhodamine B

Thí nghiệm 1: Dung dịch rhodamine B 5 ppm;

Thí nghiệm 2: Dung dịch rhodamine B 5 ppm + xúc tác Fe3O4 hàm lượng 0,2 g/L;

Thí nghiệm 3: Dung dịch rhodamine B 5 ppm + xúc tác Ag/Fe3O4 hàm lượng 0,2 g/L

Các hệ phản ứng được để trong bóng tối để đánh giá khả năng hấp phụ, sau đó được để ra ngoài ánh sáng phòng để đánh giá khả năng xúc tác quang phân hủy chất màu của vật liệu Cuối cùng, thêm tác nhân khử NaBH4 trong môi trường kiềm để đánh giá khả năng xúc tác khử rhodamine B bằng NaBH4 của vật liệu

Kết quả xác định sự thay đổi nồng độ chất màu rhodamine B theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.2

Hình 3.2 Sự thay đổi nồng độ rhodamine B theo thời gian khi không có mặt chất xúc

Kết quả thực nghiệm cho thấy, cả hai loại vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 đều có khả năng hấp phụ rhodamine B Quá trình hấp phụ diễn ra khá nhanh, đạt cân bằng sau khoảng 60 phút Hiệu suất hấp phụ rhodamine B trong dung dịch RhB 5 ppm bởi vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 sau 60 phút khá thấp lần lượt là 10,56% và 16,42% Tiếp tục để hỗn hợp ngoài ánh sáng trong phòng thí nghiệm, nồng độ RhB thay đổi không đáng kể theo thời gian Điều này chứng tỏ RhB khá bền, không bị phân hủy ở điều kiện ánh sáng nhìn thấy Như vậy cả hai vật liệu Fe3O4 và Ag/Fe3O4 đều không có khả năng xúc tác quang phân hủy rhodamine B ở điều kiện ánh sáng nhìn thấy trong phòng thí nghiệm

Thêm 2 mL dung dịch tác nhân khử NaBH4 0,2 M + NaOH 1,5 M vào các dung dịch hỗn hợp, nồng độ RhB giảm mạnh theo thời gian Nồng độ RhB trong dung dịch chứa Ag/Fe3O4 giảm nhanh nhất, nhanh hơn đáng kể so dung dịch chứa Fe3O4 và khi không có mặt chất xúc tác Sau 25 phút lượng chất màu rhodamine B bị xử lý trong các dung dịch không có mặt chất xúc tác, có mặt Fe3O4 và Ag/Fe3O4 lần lượt là 20,73%, 35,92% và 85,52%

Đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) (trong đó C0 là nồng độ rhodamine B sau khi đạt cân bằng hấp phụ, C là nồng độ của rhodamine B tại thời điểm t) vào thời gian sau khi thêm NaBH4 được thể hiện trên Hình 3.3

Hình 3.3 Đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) của rhodamine B vào thời gian sau khi cho NaBH4 khi không có mặt chất xúc tác (a), có mặt Fe3O4 (b) và Ag/Fe3O4 (c)

Ta thấy ở Hình 3.3 đồ thị phụ thuộc của ln(C0/C) vào thời gian sau khi thêm NaBH4 vào có dạng tuyến tính (R2 = 0,97 – 0,99 ≈ 1) Điều này chứng tỏ rhodamine B phản ứng với NaBH4 theo quy luật động học của phản ứng bậc nhất theo rhodamine B Kết quả hồi quy tuyến tính ln(C0/C) của rhodamine B theo thời gian được thể hiện trong Bảng 3.1

Bảng 3.1 Kết quả hồi quy tuyến tính ln(C0/C) của RhB theo thời gian

Hằng số tốc độ khử rhodamine B bằng NaBH4 trong môi trường kiềm khi không

có mặt chất xúc tác, có mặt Fe3O4 và Ag/Fe3O4 được thể hiện trên Hình 3.4

y = 0.0658x + 0.0249R² = 0.9871

y = 0.0112x + 0.0079R² = 0.9714

y = 0.0083x + 0.0133R² = 0.9745