Nghiên cứu tổng hợp và đặc trưng vật liệu mới cấu trúc nano trên cơ sở graphen ứng dụng trong xử lý môi trường (TT)

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ …… ….***………… HÀ QUANG ÁNH NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU MỚI CẤU TRÚC NANO TRÊN CƠ SỞ GRAPHEN ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Hóa lý thuyết hóa lý Mã số: 62.44.01.19 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2016 Công trình hoàn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Vũ Anh Tuấn Người hướng dẫn khoa học 2: TS Vũ Đình Ngọ Phản biện 1: … Phản biện 2: … Phản biện 3: … Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp Học viện Khoa học Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp có tác động tích cực đến phát triển kinh tế xã hội, nhiên bên cạnh dẫn đến tăng vòng luân chuyển chất ô nhiễm độc hại nguồn nước Những chất gây ô nhiễm có tích tụ sinh học, tác động bất lợi đến tồn sinh vật nước, hệ động thực vật ảnh hưởng to lớn tới sức khỏe người Vì vậy, bên cạnh việc nâng cao ý thức bảo vệ môi trường người, siết chặt công tác quản lí môi trường việc tìm phương pháp nhằm loại bỏ ion kim loại nặng, thuốc nhuộm hoạt tính độc hại, khỏi môi trường nước có ý nghĩa to lớn Những năm gần đây, vật liệu cacbon vật liệu sở cacbon vật liệu sử dụng nhiều để làm vật liệu hấp phụ, chúng có bề mặt riêng lớn, ổn định bền hóa học, bền nhiệt Vật liệu dễ biến tính nhằm thay đổi tính chất hóa học vật lý để hấp phụ chọn lọc đồng thời hợp chất hữu độc hại chất màu ion kim loại nặng, việc biến tính làm tăng dung lượng hấp phụ, tăng hiệu xử lý chất thải độc hại Trong thập kỷ qua, vật liệu cấu trúc nano cacbon, chẳng hạn ống nano cacbon (CNTs) phổ biến đáng kể Mặc dù có nhiều tiến thực năm gần khả ứng dụng hấp phụ CNTs, chi phí chế tạo cao hạn chế ứng dụng thực tế chúng Vì vậy, việc thăm dò chất hấp phụ đầy hứa hẹn mong muốn lớn Gần đây, graphen vật liệu sở graphen loại vật liệu nhận quan tâm đặc biệt Kể từ lần graphen giới thiệu tính chất điện tử năm 2004 giải thưởng Nobel Vật lý vật liệu năm 2010, ngày graphen trở thành đối tượng nhiều nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu rộng rãi từ tính chất điện, điện hóa, quang học, học khả hấp phụ độc đáo Graphen vật liệu cacbon mới, định nghĩa lớp vài lớp mỏng nguyên tử cacbon với liên kết sp2 tạo thành dàn tinh thể hình tổ ong Với tính chất vật lý, hóa học đặc biệt, graphen GO thực thu hút nhiều quan tâm nhiều lĩnh vực bao gồm đánh giá hấp phụ Mặc dù vậy, nghiên cứu trước tập trung nhiều vào nghiên cứu tổng hợp đánh giá khả ứng dụng vật liệu graphen, vật liệu sở graphen chủ yếu lĩnh vực điện hóa, số lượng công bố khoa học ứng dụng lĩnh vực hấp phụ chưa nhiều rời rạc Hơn trình tổng hợp GO rGO từ graphit chủ yếu sử dụng kỹ thuật bóc tách lớp pha lỏng, trình bóc tách lớp graphit oxit thành GO sử dụng kỹ thuật vi sóng trình khử GO rGO tác nhân nhiệt đề cập Do để nghiên cứu cách có hệ thống trình tổng hợp khả hấp phụ đặc biệt vật liệu graphen vật liệu sở graphen, lựa chọn đề tài nghiên cứu sinh là: “Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng vật liệu cấu trúc nano sở graphen ứng dụng xử lí môi trường” Mục tiêu luận án Tổng hợp GO (Graphen oxit bóc lớp vi sóng (GOVS), Graphen oxit bóc lớp siêu âm(GOSA)), rGO, Fe3O4GO Fe-Fe3O4-GO, đặc trưng vật liệu tổng hợp đánh giá khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính, asen ion kim loại nặng vật liệu tổng hợp Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu số điều kiện ảnh hưởng đến trình bóc tách lớp graphit oxit thành GO kỹ thuật vi sóng siêu âm; trình khử GO rGO Đặc trưng vật liệu graphit oxit, GO rGO tổng hợp - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu Fe3O4-GOVS như: pH, nồng độ muối Fe3+/Fe2+, nhiệt độ tốc độ khuấy - Tổng hợp vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS - Sử dụng phương pháp phân tích hóa lý đại như: XRD, XPS, FTIR, HR-TEM để đặc trưng sản phẩm Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS tổng hợp - Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính ion kim loại nặng vật liệu: GOVS, rGO, Fe3O4-GOVS, Fe-Fe3O4-GOVS tổng hợp Bố cục luận án Luận án bao gồm 150 trang, 93 hình vẽ, 50 bảng biểu 143 tài liệu tham khảo Bố cục luận án sau: Mở đầu Chương Tổng quan Chương Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận Danh mục báo liên quan đến luận án Những điểm luận án Tài liệu tham khảo Phụ lục CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương trình bày 35 trang, giới thiệu chung vật liệu sở cácbon Trong chương trình bày: cấu trúc graphen oxit, graphen; tâm hoạt động phương pháp tổng hợp graphen oxit, graphen; phương pháp tổng hợp composit có từ tính sở graphen oxit graphen; Ứng dụng triển vọng graphen oxit graphen vật liệu composit vật liệu xử lý chất màu, thuốc nhuộm, asen ion kim loại nặng nước CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Chương trình bày 22 trang bao gồm mục sau: 2.1 Thực nghiệm - Tổng hợp graphit oxit phương pháp Hummers biến tính sử dụng tác nhân oxi hóa H2SO4 (98%) KMnO4 - Bóc tách lớp graphit oxit kỹ thuật vi sóng siêu âm - Tổng hợp rGO phương pháp khử nhiệt dòng khí N2 - Tổng hợp composit từ tính Fe3O4 – GO phương pháp đồng kết tủa từ hai muối FeCl3 FeCl2 với tác nhân kết tủa NH4OH - Tổng hợp composit Fe-Fe3O4-GO phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 làm tác nhân khử - Đánh giá khả hấp phụ thuốc nhuộm RR195, ion kim loại nặng Cd(II), Cu(II) As(V) phương pháp hấp phụ tĩnh theo mô hình Langmuir Feundlich - Nghiên cứu động học hấp phụ sở hai mô hình động học biểu kiến bậc bậc 2.2 Phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu - Phương pháp phân tích thành phần hóa: EDX, XPS, UV-Vis, AAS - Phương pháp đặc trưng vật liệu: XRD, TEM, HR-TEM, BET, FTIR, XPS, FE-SEM, thiết bị từ kế mẫu rung VMS CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Chương trình bày 72 trang bao gồm mục sau: 3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp GO rGO 3.1.1 Giản đồ XRD graphit ban đầu sau trình oxy hóa Kết chụp XRD graphit trước sau trình oxy hóa cho thấy grapghit -Sigma Aldrich có pic cường độ cao 2θ = 26,5o đặc trưng cho cấu trúc graphit vật liệu Sự hình thành pic 2θ = 11o cho thấy có chèn nhóm oxy lớp graphit hình thành lên cấu trúc graphit oxit 3.1.2 Một số yếu tố ảnh hưởng đến trình bóc lớp graphit oxit sử dụng kỹ thuật vi sóng kỹ thuật siêu âm * Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian vi sóng: 1, 2, phút Điều kiện khảo sát: Công suất vi sóng 700 W, khối lượng graphit oxit g Quan sát sản phẩm mẫu vi sóng thời gian khác nhau, tính hiệu suất thu hồi sử dụng phương pháp XRD tìm thời gian vi sóng thích hợp phút * Nghiên cứu ảnh hưởng công suất vi sóng: 216, 700, 1000 1200 W Điều kiện khảo sát: khối lượng graphit oxit ban đầu g, thời gian phút, chế độ công suất vi sóng khác Quan sát trình vi sóng, tính hiệu suất sản phẩm thu kết hợp với sử dụng phương pháp XRD FTIR thấy với công suất 700 W thích hợp *Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian siêu âm đến trình điều chế GOSA từ graphit oxit: 30, 60 120 phút Trong luận án cố định tỷ lệ graphit oxit/ H2O = mg/mL Lượng graphit oxit siêu âm mẫu 0,1 g, công suất máy 40 W Quan sát mẫu siêu âm thời gian khác nhau, kết hợp với ảnh HR-TEM kết chụp XRD tìm thời gian siêu âm thích hợp 60 phút 3.1.4 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trình khử GOVS rGO Khảo sát khử nhiệt GOVS nhiệt độ: 400, 600, 800 1000 C, với tốc độ gia nhiệt 20 oC/phút lưu lượng khí N2 15-20 mL/phút Sử dụng phương pháp XRD, FTIR xét tới tiêu chí tiết kiệm lượng 600 oC nhiệt độ khử thích hợp Hiệu suất trình tổng hợp rGO từ GOVS nằm khoảng 50 - 60% o 3.2 Đặc trưng vật liệu GO rGO tổng hợp Cuong (tuy chon) Cường độ (a.u) 3.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phổ XRD GOSA (Hình 3.8) cho thấy GOVS GOSA với pic đặc trưng 2 tương GOVS ứng 11,5o 11,2o với rGO với pic đặc trưng 2 = 25,8o  phù hợp với phổ XRD GO rGO 10 20 rGO 30 Goc22Theta thetha(độ) Góc 40 Hình 3.8 Giản đồ XRD GOSA, GOVS rGO sau tổng hợp 50 3.2.2 Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier (FTIR) (%T) truyền qua ĐộCuong (%T) Quan sát phổ FTIR GOSA cho thấy có tồn C=O C-O-C C=C GOVS nhóm C-O cacbonyl – C=O -OH GOSA CO2 (trong khoảng C=O C=C 1700 -1730 cm-1) C-O-C C-O rGO Các pic nằm -OH khoảng 1200-1250 cm-1 đặc trưng cho tồn liên 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -1) Số sóng (cm Sô Sóng (cm kết C–O Các pic nằm khoảng Hình 3.9 Phổ FT-IR GOSA, GOVS 1500-1600 cm-1 đặc rGO sau tổng hợp trưng cho tồn liên kết C=C hợp chất aromatic, pic nằm khoảng 1060 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-O-C Ngoài pic nằm khoảng từ 3400 – 3850 cm-1 đặc trưng cho có mặt nhóm OH Sau trình vi sóng, pic có dịch chuyển nhẹ 3460 – 3500 cm-1 đặc trưng cho nhóm hydroxyl (-OH), pic 1633 cm-1 đặc trưng cho nhóm C=C, pic nằm khoảng 1168 cm-1 đặc trưng cho nhóm –C-O, pic nằm khoảng 1728 cm-1 đặc trưng cho nhóm cacbonyl –C=O Sau trình khử nhiệt đường FTIR rGO không quan sát thấy pic đặc trưng cho nhóm chức phổ FTIR GO (Hình 3.9), cho thấy trình khử làm lượng lớn nhóm chức bề mặt GO -1 3.2.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR –TEM) Từ ảnh HR-TEM cho thấy GOSA có số lớp khoảng 10 lớp - lớp (GOVS) rGO khoảng 5-6 lớp Đối với rGO khoảng cách lớp khoảng 0,4 nm, với GOSA khoảng cách lớp ước tính khoảng 0,6 nm 3.2.4 Hấp phụ khử hấp phụ Nitơ (BET) Bề mặt riêng, kích thước lỗ xốp, thể tích phân bố lỗ xốp xác định phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 theo phương pháp BET, kết cho Bảng 3.3 Bảng 3.3 Các thông số đặc trưng GOSA, GOVS rGO theo phương pháp BET Thông số GOSA GOVS rGO Diện tích bề mặt (m2/g) 56 331 300 Thể tích vi mao quản (cm3/g) 0,0004 0,0015 0,018 Tổng thể tích mao quản (cm3/g) 0,283 1,719 1,596 Đường kính mao quản trung bình (nm) 9,6 - 21,4 7,8 - 21,2 8,8 - 22,5 Từ Bảng 3.3 cho thấy so với GOSA GOVS rGO có diện tích bề mặt riêng tổng thể tích lỗ xốp lớn cỡ lần 3.2.5 Phổ điện tử quang tia X (XPS) Kết chụp phổ XPS cho thấy: - Sự tồn số lượng lớn oxy nhóm chức GOVS, GOSA nhóm chức giảm mạnh rGO - Quá trình khử nhiệt GO rGO thể rõ pic 291,5 eV đặc trưng cho liên kết π→π* cacbon vòng thơm - Khử nhiệt GO→rGO, tỷ lệ C/O tăng từ 2,32 (GOSA), 2,98 (GOVS) lên đến 6,15 10,89 tương ứng Kết thành phần % nguyên tố cho Bảng 3.4 Bảng 3.4 Thành phần nguyên tố phổ XPS GOVS, GOSA rGO (%At) Mẫu/nguyên tố C O C/O rGO GOVS GOSA rGO khử nhiệt từ GOSA 91,59 73,92 69,88 86,02 7,41 25,08 30,12 13,98 10,89 2,98 2,32 6,15 3.3 Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp Fe3O4-GOVS Trong phần tập trung nghiên cứu tổng hợp khảo sát tính chất Fe3O4-GOVS theo phương pháp đồng kết tủa có kích thước hạt nhỏ, phân bố dễ dàng thu hồi từ trường 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đồng kết tủa Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng đồng kết tủa lên hình thành pha, kích thước hình thái học vật liệu nano Fe3O4-GOVS, mẫu vật liệu chế tạo nhiệt độ khác nhau: 30 oC (GF1), 50 oC (GF2) 80 oC (GF3) Kết nghiên cứu thực thông qua phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ XPS hiển vi điện tử truyền qua TEM Kết XRD cho thấy nhiệt độ phản ứng tăng dẫn đến kích thước hạt nano Fe3O4 GOVS tăng lên Phổ XPS chứng minh tồn tồn pha Fe3O4, không tồn có mặt γ-Fe2O3 Như vậy, kết nghiên cứu cấu trúc (XRD) quang phổ XPS mẫu chứng minh tổng hợp vật liệu nano Fe3O4 GOVS pha với nhiệt độ phản ứng từ nhiệt độ 30 oC đến 80 oC Ảnh TEM GF1, GF2 GF3 cho thấy Fe3O4 tạo có hình dạng tựa cầu với kích thước tương đối đồng đều, phân bố Fe3O4 mẫu nhiệt độ 80 o C đồng nhất, kích thước hạt Fe3O4 mẫu GF1, GF2, GF3 nm, 13 nm 15 nm Kết phân tích nguyên tố theo XPS cho thấy hàm lượng nguyên tử Fe mẫu 80 oC cao (17,23%) nhiệt độ 80 oC chọn 3.3.2 Ảnh hưởng nồng độ đầu Chế tạo nồng độ muối Fe3+/Fe2+ khác N (0,01M/0,005M), GF3 (0,1M/0,05M), N1 (1M/0,5M) N2 (2M/1M), nhiệt độ hệ 80 oC, pH= 10, tốc độ khuấy 500 v/p Giản đồ XRD cho thấy kích thước tinh thể mẫu tăng dần tăng nồng độ muối Kết tính toán kích thước tinh thể mẫu theo công thức Scherrer đỉnh nhiễu xạ (311) (Bảng 3.7) Khi so sánh ảnh TEM mẫu tổng hợp điều kiện khác cho thấy rõ thay đổi kích thước hạt Đặc điểm hạt Fe3O4 có dạng tựa cầu, phân tán đồng nằm xen kẽ 10 3.5.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao HR-TEM (a) (b) (c) Hình 3.26 Ảnh TEM Fe3O4-GOVS (a) Fe-Fe3O4-GOVS (b,c) Từ ảnh TEM HR-TEM (Hình 3.26) cho thấy kích thước hạt nano Fe3O4 nằm khoảng từ 12 - 17 nm Một số hạt nano Fe3O4 bị kết tập lại có kích thước nằm khoảng 20 nm Đối với mẫu Fe-Fe3O4GOVS kích thước hạt hạt nano Feo nằm khoảng - 10 nm Khi đưa hạt nano Fe3O4 lên GOVS, xuất pic 578,2 cm-1 đặc trưng cho liên kết Fe-O Fe3O4, FeFe3O4 với GOVS Các pic khoảng 1230 cm-1 1576 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O C-O Pic nằm khoảng 2342 cm-1 đặc trưng cho liên kết Cường độ (ABs) 3.5.3 Phổ hồng ngoại chuyển dịch Fourier (FTIR) Số Sóng (cm-1) Hình 3.27 Phổ FTIR Fe-Fe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS 14 CO2 với Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS Phổ FTIR cho thấy hình thành Feo lên vật liệu Fe3O4-GOVS với pic đặc trưng 1048,5cm-1 3.5.4 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) Fe-Fe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS Kết chụp EDX cho Bảng 3.8 Bảng 3.8 Thành phần nguyên tố Fe3O4-GOVS FeFe3O4-GOVS Nguyên tố Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS % Khối lượng % Nguyên tử % Khối lượng % Nguyên tử C 35,97 74,46 29,96 57,98 O 15,44 19,98 12,36 17,97 Fe 48,59 17,96 57,68 24,05 Tổng 100 100 100 100 Từ Bảng 3.8 cho thấy hàm lượng sắt (Fe) Fe3O4-GOVS chiếm 48,59% khối lượng ~ 18% nguyên tử gần với tính toán ban đầu (Fe chiếm 50% khối lượng 20% nguyên tử) Sau trình đưa thêm 10% Feo khối lượng vào Fe3O4GOVS nhận thấy khối lượng Fe tăng lên 57,68% (tăng tương ứng ~9,1% khối lượng) sát với tính toán 3.5.5 Hấp phụ khử hấp phụ Nitơ (BET) Fe-Fe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS Đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS có dạng tip IV, đặc trưng cho vật liệu có cấu trúc lớp Từ Bảng 3.9 cho thấy Fe-Fe3O4-GO có diện tích bề mặt riêng thể tích xốp lớn, so với Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS có diện tích bề mặt riêng thể tích xốp lớn Hệ mao quản hai vật liệu chủ yếu mao quản trung bình (99%) vi mao quản không đáng kể chiếm khoảng 1% Đường kính mao quản vật liệu nằm khoảng 8-13 nm 15 Bảng 3.9 Các thông số đặc trưng Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS Thông số Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS Diện tích bề mặt (m /g) 169 177 Thể tích vi mao quản (cm3/g) 0,0033 0,0043 Tổng thể tích mao quản (cm3/g) 0,499 0,523 Đường kính mao quản trung bình (nm) 8,8 - 12,1 8,9 - 12,3 3.5.6 Phổ quang điện tử tia X (XPS) Fe-Fe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS Phổ XPS (Hình 3.30) chứng minh tồn pha Fe3O4 GO với pic đặc trưng 711 eV 725 eV Đối với mẫu Fe-Fe3O4-GOVS pic 711 eV 725 eV đặc trưng cho Fe3O4-GOVS xuất pic cường độ nhỏ 719 eV 733 eV, có tương tác Feo Fe3O4-GOVS tạo thành pha Fe2O3, FeOOH Pic với mức lượng 706 eV đặc trưng cho có mặt hạt nano Feo với kích thước nhỏ < 10 nm lên bề mặt vật liệu tổng hợp Trên phổ XPS không thấy có tồn pic -Fe2O3, cho thấy tồn liên kết: C-C, C-O, O-C=O, C=O, Fe-O liên kết π-π* (a) Fe 2p1/2 725 eV Fe3+ 719 eV (a.u) Cường độ (a.u) Intensyty Fe-Fe3 O4 -GOVS C1s Fe-Fe3 O4 -GOVS O1s Na1s Fe2p Intensity (a.u) Cường độ (a.u) Fe2p3/2 711 eV Fe3+ 733eV Fe3 O4 -GOVS Fe3 O4 -GOVS Fe0 706 eV (b) 1300 1100 900 700 500 300 740 100 735 730 540 538 536 534 C=O 531.5 eV 532 720 715 (d) Fe-O 529.9 eV Intensity độ (a.u)(a.u) Cường độ (a.u)(a.u) Cường Intensity (c) C-O 535 eV 725 710 705 700 Binding Năng lượngEnergy liên kết(eV) (eV) Binding Energy (E) Năng lượng liên kết (eV) 530 528 526 C-C 284.8 eV -C=O 288.3 eV C-O 285.5 eV 291.5 ev 296 294 292 290 288 286 284 282 280 Binding Energy (eV) Năng lượng liên kết (eV) Năng lượngEnergy liên kết (eV) Binding (eV) Hình 3.30 Phổ XPS Fe-Fe3O4-GOVS (a-d) Fe3O4-GOVS (a) 16 3.5.7 Từ tính vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS Tiến hành khảo sát từ tính mẫu phương pháp VSM, kết cho thấy lực kháng từ hai mẫu gần không Từ độ bão hòa mẫu Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS có giá trị tương ứng 35 emu/g 29 emu/g 3.6 Đánh giá khả hấp phụ GOSA, GOVS rGO Trong phần luận án đánh giá khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RR195 GOSA, GOVS rGO, Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS đánh giá sơ khả hấp phụ RR195 tập trung nghiên cứu, đánh giá khả hấp phụ chúng số ion kim loại nặng điển Cu(II), Cd(II) As(V) 3.6.1 Khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RR195 GOVS, GOSA rGO Ảnh hưởng 90 Hiệu suất loại bỏ(%) 3.6.1.1 pH 80 70 Ảnh hưởng pH 60 50 đến dung lượng hấp 40 phụ RR195 vật rGO GOVS GOSA 30 liệu thể qua 20 10 Hình 3.32 Kết cho thấy pH có ảnh 10 Giá trị pH hưởng đến khả hấp phụ RR195 Hình 3.32 Ảnh hưởng pH đến trình rGO GO Tuy nhiên hấp phụ RR195 GO rGO ảnh hưởng pH rGO không nhiều Ảnh hưởng pH rGO không nhiều, GOVS GOSA pH cao dung lượng hấp phụ giảm Để đảm bảo khả ứng dụng vào thực tiễn pH = 5.5 chọn làm pH hấp phụ thuốc nhuộm RR195 17 3.6.1.2 Đánh giá khả hấp phụ RR195 GOVS, GOSA rGO Điều kiện thực nghiệm áp dụng nhiệt độ (30 oC) với nồng độ RR195 khác nhau: 100 mg/L đến 500 mg/L, pH = 5,5; tốc độ khuấy 150 v/p 160 300 140 (a) 100 80 GOVS rGO Qe (mg/g) Qt (mg/g) (b) 250 120 GOSA 60 40 20 200 150 rGO GOSA GOVS 100 50 0 12 Thời gian (giờ) 16 20 24 100 200 300 Ce (mg/L) 400 500 Hình 3.33 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ RR195 (200 mg/L) theo thời gian (a) đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir RR195 GO rGO (b) Quan sát Hình 3.33a cho thấy khả hấp phụ anion RR195 ba vật liệu hấp phụ có chiều hướng giảm dần từ rGO > GOVS > GOSA Khoảng thời gian tối ưu trình hấp phụ rGO GOVS từ - với GOSA từ - giờ, thời gian để trình hấp phụ đạt cân khoảng 3.6.1.3 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Quá trình hấp phụ tiến hành pH = 5,5 với nồng độ RR195 ban đầu khác Kết nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ thuốc nhuộm RR195 cho thấy phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir Kết tổng kết Bảng 3.21 Bảng 3.21 Tổng kết đẳng nhiệt Langmuir Freundlich trình hấp phụ RR195 GO rGO Langmuir Freundlich Chất hấp phụ Qmax KL R2 KF 1/n R2 GOVS GOSA rGO 212,7 58,8 250 0,022 0,040 0,025 0,999 0,994 0,997 4,36 3,74 5,38 0,346 0,208 0,279 0,976 0,876 0,989 18 3.6.2 Động học trình hấp phụ RR195 GOVS rGO Từ Bảng 3.12 cho thấy dung lượng hấp phụ Qmax anion âm RR195 GOVS rGO cao gấp 3,6 - 4,3 lần so với GOSA Vì vậy, luận án nghiên cứu động học trình hấp phụ RR195 02 loại vật liệu GOVS rGO Kết nghiên cứu cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc hai phù hợp với trình hấp phụ RR195 rGO GOVS Kết tổng kết Bảng 3.19 Bảng 3.19 Một số tham số phương trình động học biểu kiến bậc hai (RR195) Vật liệu GOVS rGO Dạng phương trình động học t Qt t Qt k2 (g/mg.h) Qe, exp (mg/g) Qe, cal (mg/g) = 0,0077 + 0,0071.t 0,999 0,0065 140,01 140,84 = 0,0018 + 0,0061.t 0,994 0,0206 160,16 163,93 R22 Qe, cal: giá trị dung lượng hấp phụ cân tính toán theo phương trình động học Qe, exp: giá trị dung lượng hấp phụ cân theo thực nghiệm Quan sát Bảng 3.19 cho thấy tốc độ hấp phụ RR195 nồng độ 200 mg/L rGO (0,0206 g/mg.h) cao gấp lần so với GOVS (0,0065 g/mg.h) 3.7 Đánh giá khả hấp phụ Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4GOVS 3.7.1 Đánh giá khả hấp phụ RR195 Fe3O4-GOVS FeFe3O4-GOVS Để đánh giá khả hấp phụ RR195 Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS tiến hành so sánh khả hấp phụ chúng GOVS, GOSA, rGO điều kiện pH, nhiệt độ 30 oC, m/V = g/L, nồng độ đầu RR195 = 100 mg/L kết đánh giá hiệu suất hấp phụ cho thấy khả hấp phụ giảm dần theo chiều rGO > GOVS > Fe-Fe3O4-GOVS > Fe3O4-GOVS > GOSA 19 3.7.2 Hấp phụ ion kim loại nặng Cu(II) Cd(II) 3.7.2.1 Điểm đẳng điện Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS 5 4 a 2 10 11 12 ∆pH= (pH đầu- pH cuối) ∆pH= (pH đầu- pH cuối) Kết xác định điểm đẳng điện (pHzpc) (Hình 3.41) Fe3O4GOVS có giá trị ~ 5,2 Fe-Fe3O4-GOVS pHzpc ~ 5,4 pH = lựa chọn áp dụng cho thực nghiệm b 2 10 11 12 -1 -1 pH ban đầu -2 -2 pH ban đầu Hình 3.41 Điểm đẳng điện (pHpzc) Fe3O4-GOVS (a) Fe-Fe3O4-GOVS (b) 3.7.2.2 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II), Cd(II) GOVS Fe3O4-GOVS Bảng 3.25 Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich GOVS Fe3O4-GOVS Vật liệu, pH=6 Đẳng nhiệt Fe3O4Fe3O4GOVS GOVS GOVS GOVS Hấp phụ Hấp phụ Hấp phụ Hấp phụ Langmuir Cd(II) Cd(II) Cu(II) Cu(II) Qmax (mg/g) 52,63 29,41 30,3 22,73 KL (l/mg) 1,27 0,28 0,83 0,13 R 0,998 0,998 0,992 0,998 RL 0,15 0,067 0,24 0,13 Freundlich 1/n 0,440 0,339 0,188 0,444 1/n KF[(mg/g)(L/mg) ] 21,33 9,09 15,92 4,12 R 0,899 0,978 0,963 0,955 20 Các thông số ghi Bảng 3.25 cho thấy trình hấp phụ ion kim loại Cu(II) Cd(II) Fe3O4-GOVS GOVS phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir Dung lượng hấp phụ Cd(II) cực đại 52,63 mg/g 29,41 mg/g tương ứng với Fe3O4GOVS GOVS Dung lượng hấp phụ Cu(II) cực đại 30,3 mg/g 22,73 mg/g tương ứng với Fe3O4-GOVS GOVS 3.7.2.3 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Cu(II), Cd(II) Fe-Fe3O4-GOVS Bảng 3.28 Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich Cu(II) Cd(II) Fe-Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS, pH = 6, Cu(II) Fe-Fe3O4-GOVS, pH = 6, Cd(II) Qmax (mg/g) 90,9 108,6 KL (L/mg) 0,282 0,375 R2 0,996 0,987 RL 0,034 0,026 0,401 0,473 KF [(mg/g)(L/mg) ] 23,068 29,507 R2 0,975 0,972 Đẳng nhiệt Langmuir Freundlich 1/n 1/n Kết nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp phụ cực đại Cd(II) Cu(II) Fe-Fe3O4-GOVS với QMax = 108,6 mg/g 90,9 mg/g cao so với Fe3O4-GOVS (52 mg/g 30,3 mg/g) pH = Điều hình thành tâm hấp phụ mới, Feo, Fe2O3, FeOOH bề mặt vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS làm tăng dung lượng hấp phụ Quá trình hấp phụ Cd(II), Cu(II) Fe-Fe3O4-GOVS tuân theo mô hình đằng nhiệt Langmuir 3.7.2.4 Động học trình hấp phụ Cd(II) Fe-Fe3O4-GOVS Nghiên cứu theo mô hình động học biểu kiến bậc bậc nhận thấy trình hấp phụ Cd(II) Fe-Fe3O4-GOVS tuân theo mô hình động học biểu kiến bậc Kết tổng hợp Bảng 3.30 21 Bảng 3.30 Một số tham số phương trình động học biểu kiến bậc bậc FeFe3O4GOVS 50 mg/L Dạng phương trình động học biểu kiến bậc R12 k1 (phút-1) Qe, exp (mg/g) Qe, cal (mg/g) Ln(Qe-Qt) = 2,647 - 0,094.t 0,935 0,094 47,296 11,107 100 mg/L Ln(Qe-Qt) = 2,615 - 0,057.t 0,705 0,057 88,980 13,663 FeFe3O4GOVS Dạng phương trình động học biểu kiến bậc R22 k2(g/mg phút) Qe, exp (mg/g) Qe, cal (mg/g) 50 mg/L t/Qt = 0,021.t + 0,023 0,999 0,019 47,296 47,619 100 mg/L t/Qt = 0,011.t + 0,008 0,999 0,015 88,980 90,909 3.7.3 Hấp phụ As(V) vật liệu GOVS, Fe3O4-GOVS FeFe3O4-GOVS 3.7.3.1 Ảnh hưởng pH Nghiên cứu ảnh hưởng pH ảnh hưởng đến trình hấp phụ As(V) vật liệu Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS nhận thấy pH có ảnh hưởng to lớn Khi pH < pHpzc (pHpzc ~ 5,2) bề mặt Fe3O4-GOVS tích điện dương khả hấp phụ As(V) cao lực hút tĩnh điện khả tạo phức Khi pH > pHpzc bề mặt Fe3O4-GOVS mang điện tích âm, trình hấp phụ As(V) giảm mạnh lực đẩy tĩnh điện Đối với Fe-Fe3O4-GO pHpzc ~ 5,4 pH > 5,4 bề mặt Fe-Fe3O4-GOVS mang điện âm nên trình hấp phụ As(V) giảm mạnh tương tự vật liệu Fe3O4-GOVS Vì vậy, pH = lựa chọn cho trình hấp phụ As(V) Đối với GOVS với pH = bề mặt mang điện âm nên khả hấp phụ As(V) thấp với hiệu suất đạt 10% nồng độ mg/L (Qmax = 1,75 mg/g) 3.7.3.2 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Kết nghiên cúu cho thấy trình hấp phụ As(V) FeFe3O4-GOVS Fe3O4-GOVS phù hợp với mô hình đẳng nhiệt Langmuir Dung lượng hấp phụ As(V) cực đại đạt 25 mg/g 43,47 mg/g tương ứng với Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS pH = 22 Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ As(V) đưa Bảng 3.32 Bảng 3.32 Các thông số đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Freundlich As(V) Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS Vật liệu Fe3O4-GOVS, Fe-Fe3O4-GOVS, pH = pH = Đẳng nhiệt Langmuir Qmax (mg/g) KL (l/mg) R2 RL Freundlich 1/n KF [(mg/g)(L/mg)1/n] R2 25 0,406 0,981 0,058 43,47 0,451 0,996 0,053 0,284 2,737 0,788 0,421 6,410 0,940 3.7.3.3 Nghiên cứu động học trình hấp phụ As(V) Fe3O4GOVS Fe-Fe3O4-GOVS Kết nghiên cứu cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc phù hợp với trình hấp phụ As(V) Fe-Fe3O4GOVS Fe3O4-GOVS Tổng hợp tham số phương trình động học biểu kiến bậc Bảng 3.37 Bảng 3.37 Một số tham số phương trình động học bậc hai biểu kiến As(V) Chất hấp phụ Dạng phương trình động học t = 0,004 + 0,030.t Qt t = 0,014 + 0,047.t Fe3O4-GOVS Qt Fe-Fe3O4GOVS 23 R22 k2 Qe, exp Qe, cal (g/mg.h) (mg/g) (mg/g) 0,999 0,220 32,905 33,333 0,999 0,150 20,743 21,276 Quan sát Bảng 3.37 nhận thấy tốc độ hấp phụ As(V) nồng độ 20 mg/L Fe-Fe3O4-GOVS (0,22 g/mg.h) cao gấp 1,5 lần so với Fe3O4-GOVS (0,15 g/mg.h) Điều cho thấy tốc độ hấp phụ As(V) Fe-Fe3O4-GOVS cao so với Fe3O4-GOVS phù hợp với phân tích 3.8 Đánh giá khả tái sử dụng vật liệu Từ kết thu cho thấy vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS có dung lượng hấp phụ chất màu, ion kim loại nặng Cu(II), Cd(II) As(V) cao so với vật liệu Fe3O4-GOVS Do vậy, vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS sử dụng để đánh giá khả tái sử dụng sau lần sử dụng Để đánh khả tái sử dụng vật liệu trình hấp phụ xử lý thuốc nhuộm tiến hành thu hồi vật liệu sau hấp phụ từ tính tiến hành rửa nước ethanol + methanol Đối với trình hấp phụ kim loại nặng, vật liệu hấp phụ thường tái sinh HCl 0,1M pH ~ để loại bỏ kim loại nặng hấp phụ Kết nghiên cứu cho thấy độ bền Fe-Fe3O4-GOVS tương đối tốt, điều chứng minh qua ba lần kiểm tra tái sử dụng, hiệu suất hấp phụ RR195 50%, 48,9% 45,5% nồng độ 100 mg/L Đối với trình hấp phụ Cd(II) Fe-Fe3O4-GOVS qua ba lần kiểm tra tái sử dụng hiệu suất hấp phụ 98,6%, 95,7% 93,1% nồng độ Cd(II) = 10 mg/L KẾT LUẬN CHUNG - Đã tổng hợp thành công GO, rGO từ graphit phương pháp Hummers cải tiến sử dụng tác nhân oxy hóa H2SO4 KMnO4 Tách lớp GO sử dụng kỹ thuật siêu âm, vi sóng khử GO rGO tác nhân nhiệt nhiệt độ 600 oC dòng N2 GO rGO tổng hợp có dạng lớp với khoảng cách lớp thay đổi từ 0,4 nm – 0,6 nm Tỷ lệ C/O thay đổi từ 2,32 – 10,89 tương ứng với GO rGO Trên bề mặt GO rGO tồn nhóm chức: -OH, C=O, C-O, COO-, cường độ nhóm chức bề mặt GO rGO tăng dần theo chiều 24 hướng rGO < GOVS < GOSA rGO GOVS có bề mặt riêng lớn, cao nhiều với GOSA (5 lần) - Đã tổng hợp thành công vật liệu composit Fe3O4-GOVS phương pháp đồng kết tủa môi trường bazơ dung dịch NH3 vật liệu composit Fe-Fe3O4-GOVS phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 làm tác nhân khử Bằng phương pháp phân tích hóa lý đại chứng minh tồn đồng thời Fe3O4 Feo bề mặt GOVS Fe3O4 Feo liên kết với GOVS thông qua liên kết Fe-O Quá trình hình thành Fe3O4 lên bề mặt GOVS hoàn toàn pha điều kiện nhiệt độ phòng, kích thước hạt phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, pH, nồng độ muối tốc độ khuấy Từ XRD TEM cho thấy kích thước hạt Fe3O4 tồn GOVS khoảng 15 nm, Feo có kích thước < 10 nm Cả hai vật liệu Fe3O4GOVS Fe-Fe3O4-GOVS có từ tính từ độ bão hòa cao (35 emu/g 29 emu/g) dễ dàng thu hồi từ trường - Cả vật liệu: GOVS, GOSA, rGO, Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4GOVS có khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính RR195 Dung lượng hấp phụ tối đa đạt từ (50 - 300 mg/g) Khả hấp phụ thuốc nhuộm hoạt tính 05 vật liệu tăng dần theo thứ tự: GOSA < Fe3O4-GOVS < Fe-Fe3O4-GOVS < GOVS < rGO - Ba vật liệu: GOVS, Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS có khả hấp phụ ion kim loại nặng: Cu(II), Cd(II) As(V); khả hấp phụ ba vật liệu tăng dần theo chiều hướng GOVS < Fe3O4-GOVS < Fe-Fe3O4-GOVS Đặc biệt với tồn 10% Feo khối lượng Fe3O4-GOVS làm tăng mạnh dung lượng hấp phụ ion kim loại nặng Cu(II), Cd(II) As(V) so với Fe3O4GOVS ban đầu Với Fe3O4-GOVS Qmax Cu(II), Cd(II) As(V) 30,3 mg/g; 52,03 mg/g 25 mg/g, với Fe-Fe3O4GOVS giá trị Qmax 90,9 mg/g; 108,6 mg/g 43,47 mg/g - Nghiên cứu mô hình hấp phụ đẳng nhiệt động học hấp phụ cho thấy: trình hấp phụ RR195 GOVS, GOSA, rGO trình 25 hấp phụ Cd(II), Cu(II), As(V) Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS phù hợp với mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir theo phương trình động học hấp phụ biểu kiến bậc Hằng số tốc độ dung lượng hấp phụ Cd(II), Cu(II) As(V) Fe-Fe3O4-GOVS cao 1,5 lần so với Fe3O4-GOVS NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Đã tổng hợp thành công GO rGO với chiều dày vài lớp nguyên tử cacbon (< lớp) phương pháp oxy hóa ướt graphit tự nhiên, bóc tách lớp kỹ thuật vi sóng tạo GO phương pháp khử nhiệt tạo rGO Các vật liệu có diện tích bề mặt lớn, có khả hấp phụ cao chất màu ion kim loại nặng Đã tổng hợp thành công vật liệu composit Fe3O4-GOVS Fe-Fe3O4-GOVS phương pháp kết tủa chỗ “In situ” khử phương pháp hóa học sử dụng NaBH4 làm tác nhân khử Vật liệu composit có kích thước hạt nano 10-20 nm phân tán bề mặt GO rGO Vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS có khả hấp phụ chọn lọc dung lượng hấp phụ ion kim loại nặng Cd(II), Cu(II) As(V) cao nhiều so với vật liệu hấp phụ công bố Kết mở triển vọng ứng dụng vật liệu composit Fe-FeOx/GO, rGO xử lý asen ion kim loại nặng dung dịch nước Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt động học hấp phụ vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS ion kim loại nặng Cd(II) As(V) nghiên cứu Kết thu mô hình đẳng nhiệt tuân theo mô hình Langmuir động học hấp phụ phù hợp với phương trình động học biểu kiến bậc Đây kết chưa công bố tạp chí quốc tế nước 26 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Lê Hà Giang, Hà Quang Ánh, Nguyễn Kế Quang, Ngô Tiến Quyết, Ngô Quang Binh, Đào Đức Cảnh, Nguyễn Trung Kiên, Đặng Tuyết Phương, Trần T Kim Hoa, Vũ Đình Ngọ Vũ Anh Tuấn, Tổng hợp, đặc trưng khả loại bỏ asen nước graphen oxit nano composit Fe3O4/GO, Tạp chí Hóa học, 2014, 6A-52, 143-148 Hà Quang Ánh, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Quản T Thu Trang, Vũ Đình Ngọ Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu khả loại bỏ asen nước nano compozit Fe3O4/GO Fe/Fe3O4/GO, Tạp chí hóa học, 2015, T.53 (3E12), 285-291 Hà Quang Ánh, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Vũ Đình Ngọ Vũ Anh Tuấn, Tổng hợp đánh giá khả loại bỏ Cu(II), Cd(II) nước graphen oxit (GO) nano compozit Fe3O4/GO, Tạp chí hóa học, 2015, T.53 (3E12), 279-285 Hà Quang Ánh, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Quản T Thu Trang, Vũ Đình Ngọ Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu khả hấp phụ Cd(II) nước nano compozit Fe/Fe3O4/GO, Tạp chí Xúc tác hấp phụ 2015, T.4, N02, 132-138 Hà Quang Ánh, Lê Thị Mai Hoa, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Đào Đức Cảnh, Nguyễn Trung Kiên, Trần Thị Kim Hoa, Đặng Tuyết Phương Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu hấp phụ RodaminB dung dịch nước vật liệu graphen oxit graphen, Tạp chí Xúc tác hấp phụ, 2015, T.4, N02, 160-168 Hà Quang Ánh, Lê Thị Mai Hoa, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Ngô Tiến Quyết, Đào Đức Cảnh, Nguyễn Trung Kiên, Đặng Tuyết phương, Trần Thị Kim Hoa Vũ Anh Tuấn, Study on synthesis, characterization and ability of dye adsorption by graphene and graphene oxide from natural graphite, Tạp chí Xúc tác hấp phụ, 2015, T.4, N04B, Hà Quang Ánh, Lê Thị Mai Hoa, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang,Vũ Đình Ngọ Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu khả hấp phụ thuốc nhuộm RR195 dung dịch nước vật liệu graphen oxit graphen, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý Sinh học; 2015, T20-4, 20-27 Le Ha Giang, Le Thi Mai Hoa, Ha Quang Anh, Nguyen Ke Quang, Dao Duc Canh, Nguyen Thi Phuong, Tran Thi Kim Hoa, Dang Tuyet Phuong and Vu Anh Tuan, Fe-Fe3O4/GO COMPOSITE AS NOVEL AND HIGHLY EFFICIENT PHOTOCATALYST IN REACTIVE DYE DEGRADATION, Proceeding of IWNA 2015, 11-14 November 2015, Vung Tau, Viet Nam pp.638-642 27 28 [...]... khuấy 500 v/p 3.4 Tổng hợp vật liệu Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS - Qui trình tổng hợp Fe3O4-GOVS Hình 3.24 Sơ đồ tổng hợp Fe3O4 - GOVS ở điều kiện thích hợp 12 Thừa hưởng những kết quả nghiên cứu ở trên để tổng hợp mẫu Fe3O4-GOVS trong điều kiện thích hợp nhất sau đó tiến hành đưa các hạt nano Feo lên bề mặt vật liệu Fe3O4-GOVS bằng cách sử dụng tác nhân khử NaBH4 và nguồn Fe3+ (FeCl3.6H2O) trong điều kiện... “In situ” và khử bằng phương pháp hóa học sử dụng NaBH4 làm tác nhân khử Vật liệu composit mới có kích thước hạt nano 10-20 nm phân tán đều trên bề mặt GO và rGO 3 Vật liệu mới Fe-Fe3O4-GOVS có khả năng hấp phụ chọn lọc và dung lượng hấp phụ các ion kim loại nặng Cd(II), Cu(II) và As(V) cao hơn nhiều so với các vật liệu hấp phụ đã được công bố Kết quả này mở ra triển vọng ứng dụng của vật liệu mới composit... đều cao hơn so với vật liệu Fe3O4-GOVS Do vậy, vật liệu Fe-Fe3O4-GOVS được chúng tôi sử dụng để đánh giá khả năng tái sử dụng sau 3 lần sử dụng Để đánh khả năng tái sử dụng của vật liệu trong quá trình hấp phụ xử lý thuốc nhuộm chúng tôi tiến hành thu hồi vật liệu sau hấp phụ bằng từ tính và tiến hành rửa bằng nước và ethanol + methanol Đối với quá trình hấp phụ kim loại nặng, vật liệu hấp phụ thường... GOSA rGO và GOVS đều có bề mặt riêng lớn, và cao hơn nhiều với GOSA (5 lần) - Đã tổng hợp thành công vật liệu composit Fe3O4-GOVS bằng phương pháp đồng kết tủa trong môi trường bazơ của dung dịch NH3 và vật liệu composit Fe-Fe3O4-GOVS bằng phương pháp khử hóa học sử dụng NaBH4 làm tác nhân khử Bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại đã chứng minh sự tồn tại đồng thời của Fe3O4 và Feo trên bề... trong xử lý asen và các ion kim loại nặng trong dung dịch nước 4 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt và động học hấp phụ của vật liệu mới Fe-Fe3O4-GOVS đối với ion kim loại nặng Cd(II) và As(V) đã được nghiên cứu Kết quả thu được chỉ ra rằng mô hình đẳng nhiệt tuân theo mô hình Langmuir và động học hấp phụ phù hợp với phương trình động học biểu kiến bậc 2 Đây là những kết quả mới hầu như chưa được công bố trên. .. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 1 Đã tổng hợp thành công GO và rGO với chiều dày vài lớp nguyên tử cacbon (< 8 lớp) bằng phương pháp oxy hóa ướt graphit tự nhiên, bóc tách lớp bằng kỹ thuật vi sóng tạo GO và phương pháp khử nhiệt tạo rGO Các vật liệu này có diện tích bề mặt lớn, có khả năng hấp phụ cao đối với chất màu và các ion kim loại nặng 2 Đã tổng hợp thành công vật liệu composit mới Fe3O4-GOVS và Fe-Fe3O4-GOVS... kết tập lại có kích thước nằm trong khoảng 20 nm Đối với mẫu Fe-Fe3O4GOVS kích thước hạt của các hạt nano Feo nằm trong khoảng 5 - 10 nm Khi đưa các hạt nano Fe3O4 lên GOVS, xuất hiện pic 578,2 cm-1 đặc trưng cho liên kết Fe-O trong Fe3O4, FeFe3O4 với GOVS Các pic trong khoảng 1230 cm-1 và 1576 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O và C-O Pic nằm trong khoảng 2342 cm-1 đặc trưng cho các liên kết Cường độ... phụ RR195 trên GOVS và rGO Từ Bảng 3.12 cho thấy dung lượng hấp phụ Qmax anion âm RR195 của GOVS và rGO đều cao gấp 3,6 - 4,3 lần so với GOSA Vì vậy, trong luận án này chỉ nghiên cứu động học của quá trình hấp phụ RR195 trên 02 loại vật liệu là GOVS và rGO Kết quả nghiên cứu cho thấy phương trình động học biểu kiến bậc hai phù hợp với quá trình hấp phụ RR195 bằng rGO và GOVS Kết quả được tổng kết ở... Trang, Vũ Đình Ngọ và Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu khả năng hấp phụ Cd(II) trong nước của nano compozit Fe/Fe3O4/GO, Tạp chí Xúc tác hấp phụ 2015, T.4, N02, 132-138 5 Hà Quang Ánh, Lê Thị Mai Hoa, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang, Đào Đức Cảnh, Nguyễn Trung Kiên, Trần Thị Kim Hoa, Đặng Tuyết Phương và Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu sự hấp phụ RodaminB trong dung dịch nước trên vật liệu graphen oxit và graphen, Tạp chí... và Vũ Anh Tuấn, Study on synthesis, characterization and ability of dye adsorption by graphene and graphene oxide from natural graphite, Tạp chí Xúc tác hấp phụ, 2015, T.4, N04B, 7 Hà Quang Ánh, Lê Thị Mai Hoa, Lê Hà Giang, Nguyễn Kế Quang,Vũ Đình Ngọ và Vũ Anh Tuấn, Nghiên cứu khả năng hấp phụ thuốc nhuộm RR195 trong dung dịch nước trên vật liệu graphen oxit và graphen, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và ... nghiên cứu cách có hệ thống trình tổng hợp khả hấp phụ đặc biệt vật liệu graphen vật liệu sở graphen, lựa chọn đề tài nghiên cứu sinh là: Nghiên cứu tổng hợp đặc trưng vật liệu cấu trúc nano sở graphen. .. dù vậy, nghiên cứu trước tập trung nhiều vào nghiên cứu tổng hợp đánh giá khả ứng dụng vật liệu graphen, vật liệu sở graphen chủ yếu lĩnh vực điện hóa, số lượng công bố khoa học ứng dụng lĩnh... phương pháp tổng hợp graphen oxit, graphen; phương pháp tổng hợp composit có từ tính sở graphen oxit graphen; Ứng dụng triển vọng graphen oxit graphen vật liệu composit vật liệu xử lý chất màu, thuốc