Vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử: tổng hợp, biến tính vàứng dụng

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Hiện nay, vật liệu hấp phụ chứa oxit kim loại kích thước nanomet thuhút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học vì khả năng hấp phụ v

MỞ ĐẦU

1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài

Hiện nay, vật liệu hấp phụ chứa oxit kim loại kích thước nanomet thuhút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học vì khả năng hấp phụ vượt trộicủa nó so với các vật liệu thông thường Trong số đó phải kể đến vật liệunano oxit sắt từ Vật liệu nano oxit sắt từ magnetite (Fe3O4) đã nhận được sựquan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học bởi từ tính rất mạnh của chúng

và khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác – hấp phụ, xử lý môitrường, khai thác dầu khí, trong y sinh học… Tuy nhiên, khi dùng sắt ở dạngnano thì việc thu hồi vật liệu sau khi hấp phụ lại gặp khó khăn Chính vì vậymột xu hướng nghiên cứu mới hiện nay là phân tán các hạt nano oxit sắt từFe3O4 lên chất mang thích hợp nhằm tạo ra được vật liệu có khả năng hấpphụ tốt, có thể đưa vào ứng dụng trong thực tế và khắc phục được những hạnchế trên

Graphen là loại vật liệu mới, có những tính chất cơ học và vật lý đặcbiệt như tính dẫn điện, dẫn nhiệt lớn; mềm dẻo, diện tích bề mặt rất lớn lênđến 2600 m2/g và gần như trong suốt (hấp thụ chỉ 2,3% ánh sáng truyền qua)

…Vì những tính chất đặc biệt quý giá đó mà graphen được nghiên cứu ứngdụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó phải kể đến lĩnh vực điều chếvật liệu mới xúc tác - hấp phụ ứng dụng trong xử lý môi trường

Ý tưởng phân tán Fe3O4/graphen và vật liệu trên cơ sở graphen đượccác nhà khoa học quan tâm trong vài năm trở lại đây với mục đích cải thiệnđược hạn chế nêu trên, đồng thời sẽ tăng cường được những ưu thế của cảhai loại vật liệu này, tăng diện tích bề mặt, tạo nên các hiệu ứng hiệp trợ,tăng độ bền của vật liệu vì graphen rất bền trong cả môi trường axit và bazơ,tạo thuận lợi cho việc thu hồi vật liệu sau khi hấp phụ

Tuy nhiên, những tấm graphen để có thể ứng dụng một cách hiệu quảhơn thì trước tiên phải nghiên cứu xử lý bề mặt của chúng Việc xử lý graphen

có thể thực hiện bằng cách đưa những nhóm phân cực lên tấm graphen oxitnhằm giúp chúng có thể phân tán được trong nước.

2 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với việc tăng dân số và phát triểncông nghiệp, nhân loại phải đối mặt với vấn nạn ô nhiễm môi trường Mộttrong những vấn đề mang tính thời sự hiện nay là ô nhiễm nguồn nước mặt,nước ngầm đã xuất hiện ở nhiều nơi và kéo theo lượng nước sạch ngàycàng hạn hẹp Trong số các chất gây ô nhiễm, các hợp chất hữu cơ độc hại

có trong các nguồn nước thải công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp dệtnhuộm được xem là nguồn ô nhiễm đáng lưu ý nhất Các chất thải này đượcthải ra mà chưa qua xử lý đúng mức ngấm vào nguồn nước ngầm và nướcmặt… làm mất cân bằng sinh thái dẫn đến tình trạng thiếu nguồn nước sạchphục vụ sinh hoạt xuất hiện ở nhiều nơi làm ảnh hưởng nghiêm trọng đếnsức khỏe con người và môi trường sống Vì thế việc nghiên cứu, xử lý táchloại các hợp chất hữu cơ trong môi trường nước bị ô nhiễm là một vấn đề hếtsức cần thiết và cấp bách

Một vấn đề cấp thiết đang được đặt ra hiện nay là tìm kiếm các vậtliệu, công nghệ hóa học an toàn, sạch về mặt sinh thái để loại bỏ các loạihợp chất hữu cơ trong môi trường nước Hiện nay, có nhiều phương phápđược áp dụng để loại bỏ các chất ô nhiễm này ra khỏi môi trường nước nhưphương pháp hấp phụ, quang xúc tác, trao đổi ion, keo tụ Tuy nhiên,phương pháp hấp phụ vẫn được xem là một trong những phương pháp được

áp dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao

Như đã đề cập ở trên, vật liệu nano oxit sắt từ Fe3O4 thể hiện các ưuđiểm vượt trội do giá thành thấp, khả năng ứng dụng cao mà đặc biệt là khảnăng hấp phụ các loại hợp chất hữu cơ trong môi trường nước Tuy nhiên,nhược điểm của vật liệu này là khó thu hồi sau khi hấp phụ Trong lúc đó,như một chất nền lý tưởng (graphen và vật liệu trên cơ sở graphen nhận

được sự quan tâm của các nhà khoa học bởi chúng có diện tích bề mặt rấtlớn, rất bền ngay cả trong môi trường axit lẫn bazơ, chứa nhiều nhóm chứchóa học hoạt động và có những tính chất rất đặc biệt khác…) để gắn cácphần tử xúc tác oxit kim loại dưới dạng phân tán cao vào graphen tạo thànhcác nanocomposit oxit kim loại-graphen nhờ vào bề mặt chứa các nhómchức hoạt động của graphen oxit (GO) bằng liên kết không đồng hóa trị.Ngoài ra, với công nghệ chế tạo bằng phương pháp hóa học hiện nay, thực tế

đã có khả năng thu được graphen và vật liệu trên cơ sở graphen với số lượnglớn, giá thành rẻ, rất thuận lợi sử dụng trong công nghiệp Sự kết hợp giữahai loại vật liệu oxit sắt từ Fe3O4 và graphen oxit (GO) được biến tính bởinhóm –SO3H (gọi là graphen oxit biến tính, kí hiệu: SGO) để chế tạonanocomposit Fe3O4/SGO là một hướng nghiên cứu mới nhằm mở rộngphạm vi ứng dụng của vật liệu này, đặc biệt trong việc xử lý hợp chất hữu cơkhó phân hủy trong môi trường nước bị ô nhiễm

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu “Vật liệu nanocomposit Fe3 O 4/graphen oxit dạng khử: tổng hợp, biến tính và ứng dụng”.

3 Mục tiêu

- Chế tạo vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử(Fe3O4/rGO); Vật liệu Fe3O4/graphen oxit dạng khử biến tính (Fe3O4/rSGO)

và nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất biến tính đến quá trình biến tính

- Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen (metylen blue: MB) của vậtliệu tổng hợp được và các yếu tố ảnh hưởng

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Vật liệu graphen oxit và graphen oxit biến tính

- Vật liệu nanocomposit Fe3O4/rGO và Fe3O4/rSGO

- Xanh metylen là chất nghiên cứu mô hình

5 Phương pháp nghiên cứu

- Tổng hợp graphen oxit bằng phương pháp hóa học và biến tínhgraphen oxit

- Chế tạo composit Fe3O4/rGO và Fe3O4/rSGO theo phương pháp trựctiếp

- Đặc trưng vật liệu bằng các phương pháp vật lý và hóa học hiện đại

- Thử nghiệm khả năng hấp phụ của vật liệu nanocomposit Fe3O4/rSGOđối với xanh metylen Nồng độ của xanh metylen được xác định bằngphương pháp trắc quang

6 Nội dung nghiên cứu

- Tổng hợp GO bằng phương pháp hóa học, đi từ graphit Oxi hóagraphit thành graphit oxit; Tách graphen oxit (GO) từ graphit oxit bằng cáchrung siêu âm trong dung môi nước và dung dịch chất hoạt động bề mặt(Natri dodecyl sulfat (SDS) 1%

- Biến tính GO bằng muối diazonium của axit sulfanilic và tiến hànhkhử bởi các tác nhân hydrazine hay axit ascorbic, thu được rSGO

- Tổng hợp nanocomposit Fe3O4/rGO và Fe3O4/rSGO theo phương pháptrực tiếp (sự hình thành và phát triển nano tinh thể oxit kim loại trong quá

trình chế tạo composit, in situ crystallization hay in situ crystal growth) từ

rGO, GO biến tính (rSGO) với hỗn hợp muối chứa Fe2+ và Fe3+ trong môitrường kiềm

- Phân tích vật liệu tổng hợp bằng các phương pháp hóa, lý hiện đại nhưXRD, SEM, TEM, EDX, IR,

- Khảo sát khả năng hấp phụ xanh metylen với các vật liệu tổng hợp;ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ, thời gian, pH… đến quá trình hấpphụ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

là khoảng 0,34 nm (gấp ~ 2,5 lần) do vậy tương tác giữa các lớp yếu hơntương tác giữa các nguyên tử cùng lớp rất nhiều Chính vì tương tác giữa cáclớp với nhau tương đối yếu nên các lớp này có thể trượt lên nhau, dẫn đếntính dẻo nhưng không đàn hồi của graphit Do vậy, graphit có thể dùng làmdầu bôi trơn Liên kết C-C trong than chì tương đối bền, do ngoài các liênkết σ với 3 nguyên tử cacbon xung quanh thì nguyên tử cacbon trung tâmcòn có 1 liên kết π không định vị với các nguyên tử xung quanh Ngoài ra,chính vì sự tồn tại các liên kết π không định vị trong các lớp mạng sẽ tạo ramột hệ thống liên hợp dạng (-C=C-C=C-C=C-), đấy chính là vùng khônggian mà các electron π có thể chuyển động tương đối tự do Các electron πphân bố ngang qua cấu trúc lục giác của nguyên tử cacbon góp phần vào tínhdẫn điện của graphit Trong một tấm graphit định hướng, suất dẫn điện theohướng song song với các tấm này lớn hơn so với suất dẫn điện theo hướngvuông góc với chúng

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của graphit

Có hai dạng của graphit đã biết, là alpha (lục giác) và beta(rhombohedral), cả hai có các thuộc tính vật lý giống nhau, ngoại trừ về cấutrúc tinh thể Các loại graphit có nguồn gốc tự nhiên có thể chứa tới 30%dạng beta, trong khi graphit tổng hợp chỉ có dạng alpha Dạng alpha có thểchuyển thành dạng beta thông qua xử lý cơ học và dạng beta chuyển thànhdạng alpha khi bị nung nóng trên 10000C

Cấu trúc lớp của graphit cho phép các nguyên tử, ion lạ xâm nhập vàomột cách dễ dàng tạo thành nhiều loại hợp chất mới có các tính chất đặc biệt.Chất xâm nhập có thể là á kim, kim loại, muối

Ví dụ:

Graphit C3.6F ÷ C4F (florua graphit màu đen)

Graphit CF0.68 ÷ CF (florua graphit màu đen)

Graphit + K C8K (màu đồng thau)

Graphit C24K C36K C48K C60K

Graphit + H2SO4 (đặc) C24+(HSO4-).2H2SO4 + H2

Trong nghiên cứu này, chúng tôi dùng H2SO4 đặc để xâm nhập vào

HF/F 2

25 0 C HF/F 2

450 0 C

(dạng nóng chảy hoặc hơi)

Chân không

cấu trúc của graphit, làm tăng khoảng cách giữa các đơn lớp để tạo điều kiệnthuận lợi cho quá trình oxi hóa

1.2 Vật liệu graphit oxit

Graphit oxit là sản phẩm của quá trình oxi hóa graphit bằng các hợpchất có tính oxi hóa mạnh như NaNO3, KMnO4, KClO3, H3PO4 hay một hỗnhợp các chất oxi hóa trong môi trường axit mạnh Sau khi oxi hóa, trên cáclớp graphit sẽ xuất hiện các nhóm phân cực như hydroxy, epoxide,cacboxilic và làm cho graphit oxit trở nên ưa nước hơn so với graphit banđầu Trên nguyên tắc đó, có nhiều phương pháp oxi hóa graphit được đềnghị từ rất lâu và được sử dụng cho đến ngày nay, thí dụ như: phương phápBroide (1859) [13], phương pháp Staudenmeier (1899) [15], phương phápHummers và Offeman (1958) [15]

Phương pháp thường được sử dụng phổ biến hiện nay để oxi hóagraphit là phương pháp Hummers [8, 9, 20] vì ít độc hại, hiệu suất cao, lạikhá đơn giản và đã gần như chuẩn hóa, sử dụng hỗn hợp ban đầu gồmgraphit, H2SO4 đặc 98% và KMnO4 có thêm hoặc không có NaNO3 Tuynhiên, để hiệu quả hơn ta có thể sử dụng phương pháp này kết hợp với nhiềuchất oxi hóa mạnh khác nhau (phụ thuộc vào yêu cầu thực nghiệm và loạigraphit đã dùng) để chế tạo vật liệu với hiệu suất cao nhất, gọi chung làphương pháp Hummers biến tính (Modified Hummers)

Sau khi oxi hóa graphit, đã đưa các nhóm chứa oxi nằm xen giữa cáclớp graphit, làm tăng khoảng cách giữa các lớp graphit, có thể tăng từ0,34nm lúc ban đầu lên ~ 0,7 -1,2nm, đồng thời sự có mặt những nhómchức chứa oxi trong graphit đã làm cho chúng trở nên rất ái nước Nhờ đó,khi có nước sẽ xảy ra tương tác giữa nước và các nhóm chức chứa oxy, giúpcác lớp graphit oxit càng đẩy nhau ra và như vậy, có thể tiến hành tách thànhtừng lớp trong môi trường nước

Hình 1.2 Sơ đồ oxi hóa graphit thành graphit oxit [19]

1.3 Graphen oxit (GO) và graphen oxit biến tính

Graphit oxit, trước đây gọi là oxit graphitic hoặc axit graphitic, là mộthợp chất của carbon, oxy, và hydro, thu được bằng cách xử

lý graphit với chất oxy hóa mạnh Các sản phẩm oxy hóa là một lượng lớnhỗn hợp màu vàng rắn với tỉ lệ C : O trong khoảng từ 2.1 đến 2.9, mà vẫngiữ được cấu trúc lớp của than chì nhưng với khoảng cách lớn hơn nhiều vàkhông liên tục Sau khi oxi hoá graphit, người ta siêu âm để tách lớp graphittạo ra các vảy graphen oxit

Có thể mô tả cấu trúc của một lớp vảy graphen oxit như hình 1.3

Hình 1.3 Cấu trúc của một lớp vảy graphen oxit

Đặc điểm cấu trúc quan trọng nhất của sản phẩm này là luôn có mặtcác nhóm chức chứa oxi hoạt động Các nhóm chức chứa oxi phổ biến nhấttrên GO là nhóm hydroxyl (C-OH), carboxyl (-COOH), epoxid (C-O-C),keton (C=O) và các hợp chất chứa C-O và C=O khác như lactol, peroxid,anhydrid… Các nhóm chức này có khả năng tạo liên kết hydro với các phân

tử nước vì vậy mà graphen oxit có khả năng phân tán tốt trong nước và cácdung môi hữu cơ phân cực khác.Tuy nhiên, cấu trúc chi tiết của GO vẫn còn

là một vấn đề bàn luận vì phụ thuộc nhiều vào nhiều yếu tố như nguyên liệuđầu sử dụng để chế tạo, các điều kiện thực hiện (thời gian, nhiệt độ, hóachất, ) quá trình oxi hóa đã đưa đến những kết quả khác nhau nhất định vềđặc tính sản phẩm [6] Graphit oxit có diện tích bề mặt riêng lớn và có khảnăng phân tán tốt trong dung môi phân cực nên được sử dụng làm chất nền

- Với phương pháp biến tính không thông qua tạo liên kết hóa học

Nguyên tắc của phương pháp này dựa vào sự tương tác π của GO vớicác tác nhân biến tính khác nhau mà không thông qua việc tạo liên kết.Những tương tác π bao gồm: tương tác π và các chất khí không phân cực(chất khí nhị trùng hợp, hydrocarbon); tương tác H-π; tương tác π-π; tươngtác cation-π; tương tác anion- π; tương tác πcation- π

Hình 1.4 Biến tính GO không thông qua liên kết bằng PEG-OPE [25]

Khác với biến tính không tạo liên kết, việc biến tính GO bằng cách

tạo các liên kết hóa học với các nhóm chức hữu cơ vẫn được phát triển cho

nhiều mục đích khác nhau Trong đó chính làm tăng khả năng phân tán của

GO trong các dung môi thông thường ngay khi vừa biến tính Phương phápnày dựa vào khả năng của các tác nhân biến tính và cấu trúc hóa học củagraphene

Có thể chia làm hai loại: tác nhân tấn công liên kết C=C trêngraphene và tác nhân tấn công các nhóm chức oxy trên GO

Hình 1.5 Biến tính GO thông qua phản ứng diazonium hóa. [25]

Tóm lại, có nhiều phương pháp biến tính GO nhưng mục đích chungchỉ có một đó là tổng hợp được GO phân tán trong nhiều dung môi dễ dàngcho những ứng dụng khác nhau Tùy thuộc vào những ứng dụng khác nhau,

mà ta có thể chọn những tác nhân biến tính khác nhau, riêng trong đề tài nàymục đích là biến tính GO nhưng vẫn mong muốn giữ lại cấu trúc liên hợpcủa chúng nên cần phải chọn lựa tác nhân biến tính vừa hỗ trợ khả năngphân tán trong dung môi vừa không tạo liên kết với các nhóm chức trên bềmặt GO

1.4 Vật liệu graphen

Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu graphen và các tínhchất cũng như ứng dụng thực tế của graphen ngày càng nhận được sự quantâm không chỉ với cộng đồng các nhà nghiên cứu hàn lâm mà cả đối vớicộng đồng các nhà nghiên cứu công nghệ Số công trình khoa học được công

bố về graphen và vật liệu trên cơ sở graphen tăng lên một cách khác thườngtrên cả thế giới

Graphen là một loại vật liệu có cấu trúc graphit [16] Nét điển hình củacấu trúc là sắp xếp các nguyên tử carbon trên đỉnh các lục giác đều, nằm cáchnhau những khoảng nhất định Các nguyên tử carbon được phân bố trongnhững mặt phẳng song song, chúng cách nhau một khoảng là 1,42Å, khoảngcách giữa các mặt phẳng lục giác là 3,35Å và liên kết với nhau bởi những liênkết sp2 Tuy nhiên chúng đã được tách lớp thành các các vảy nhỏ chỉ chứa mộthoặc một vài lớp cacbon mà không chứa quá nhiều lớp cacbon như graphit.

Hình 1.6 Cấu trúc graphit của graphen

Về tính chất, graphen có một số tính chất cơ và tính chất điện kỳ lạ

Nó là vật dẫn mỏng nhất, rất cứng chắc về mặt cơ học, trong suốt và dễ uốn,khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt rất cao và độ trong suốt gần như hoàn toàn…

và do đó, có thể giữ vai trò nhất định trong sự phát triển của công nghệ hiểnthị điện tử, hoá học trong tương lai [3-5, 16] Tính chất vật lý của graphenđược trình bày ở bảng 1.1

Nhiệt độ chớp cháy (0C) Không xác định

Nhiệt độ sôi (0C) Không xác định

Nhiệt độ hóa hơi Không xác định

Độ dẫn nhiệt ~5000 W m-1K-1

Độ linh động của electron (electron

mobility) trên bề mặt graphen

200.000 cm2 V-1s-1

Độ bền chống đứt gãy ~1TP, gấp 200 lần thép

Khối lượng riêng (g/cm3) 0,5 – 1,0g/cm3

1.5 Giới thiệu vật liệu nano composit Fe 3 O 4 /graphen oxit biến tính dạng khử

Như đã trình bày, graphen và vật liệu trên cơ sở graphen có nhiều lợithế như bề mặt riêng vô cùng lớn có chứa rất nhiều nhóm chức hóa học hoạtđộng mà đặc biệt là các gốc chứa oxi hoạt động Vì vậy graphen được xem

là vật liệu nền lý tưởng, thuận lợi cho việc gắn chặt hoặc phân tán các phân

tử kim loại, oxit kim loại, các hợp chất hóa học khác, tạo nên những tổ hợp

có các tính chất mới, tính linh động cao của electron trên bề mặt graphen.Theo hướng này, đã có một số công bố về chế tạo chất xúc tác kim loại/oxitkim loại kết hợp với vật liệu graphen dạng huyền phù, như TiO2-Graphenđược khử hóa từ graphen oxit (TiO2-rGO), hay phân tán Au/rGO; chế tạochất xúc tác kim loại/oxit kim loại kết hợp với vật liệu graphen dạng màngmỏng phủ lên điện cực, ví dụ màng mỏng chất xúc tác tổ hợp TiO2-Graphentrên nền thủy tinh dẫn điện trong suốt Những công trình công bố gần đâynhất sử dụng chất xúc tác bán dẫn TiO2 kết hợp với graphen trong xử lý cácchất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy, xanh metylen dưới ánh sáng tử ngoạihay sử dụng chất xúc tác Bi2WO6/rGO để xử lý thuốc nhuộm Rhodamin-B,phenol và ion kim loại nặng Cr(VI) trong dung dịch nước trong vùng ánhsáng khả kiến Tuy nhiên, với Fe3O4 phân tán trên graphen và vật liệu trên cơ

sở graphen theo hướng tối ưu ứng dụng trong xử lý môi trường cũng như cáclĩnh vực khác của khoa học và công nghệ còn hạn chế mặc dù chúng có

nhiều tính ưu việt như khả năng hấp phụ cao, từ tính mạnh, tính chọn lọccao, dễ dàng thu hồi và tái sử dụng…

Với công nghệ chế tạo bằng phương pháp hóa học hiện nay, thực tế đã

có khả năng thu được graphen và vật liệu trên cơ sở graphen với số lượnglớn, giá thành rẻ, rất thuận lợi sử dụng trong công nghiệp

Vì vậy, nếu tổ hợp hai loại vật liệu này để tạo nanocompositFe3O4/graphen oxit dạng khử các hạn chế nêu trên có thể được cải thiện,đồng thời sẽ tăng cường được những ưu thế của cả hai loại vật liệu này nhằmgóp phần cho sự hình thành và phát triển ngành khoa học vật liệu đặc biệttrong lĩnh vực hấp phụ, xúc tác xử lý môi trường

Việc đưa các nano kim loại hoặc oxit kim loại gắn vào graphen oxit

để tạo các nanocomposit kim loại hoặc nanocomposit oxit kim loại có thểđược thực hiện theo 2 nhóm [19]

Nhóm 1: Tinh thể nano kim loại/oxit kim loại đã được chế tạo hoànchỉnh trước khi chế tao composit (ex situ hybridization)

Thực chất phương pháp này là trộn lẫn ở dạng dung dịch rắn hai thànhphần đã được chế tạo hoàn chỉnh, tuy nhiên vì GO dễ phân tán thành hệ keotrong dung dịch hơn so với rGO nên phải sử dụng GO và chất bán dẫn dạngtinh thể hoàn chỉnh được trộn lẫn nhau, sau đó tiến hành khử để chuyển GOthành rGO

Nhóm 2: Hình thành và phát triển nano tinh thể kim loại/oxit kim loạitrong quá trình chế tạo composit (in situ crystallization hay in situ crystalgrowth)

Trong nhóm này, các phương pháp thường được sử dụng như thủy

nhiệt (hydrothermal method) hay dung môi nhiệt (solvothermal method),

thực hiện trong 1 giai đoạn, không qua giai đoạn nung xử lý sau cùng Theophương pháp này, các hạt bán dẫn kích thước nano sẽ được gắn trên graphenoxit tại các tâm chứa oxi hoạt động nhờ lực hút tĩnh điện trong dung dịch

nước hoặc dung môi, và quá trình phản ứng thủy nhiệt hoặc dung môi nhiệtthực hiện ở nhiệt độ cao trong nồi áp suất, bấy giờ các tinh thể oxit kim loạiđược gắn vào GO và GO cũng đồng thời được khử thành rGO Và phươngpháp hai giai đoạn Theo phương pháp này, nguyên liệu sử dụng là tiền chấtchứa kim loại và GO, do đó giai đoạn đầu phải phân hủy các tiền chất chứakim loại thành các ion kim loại gắn lên các tâm oxi trên bề mặt GO và hìnhthành các nhân phát triển tinh thể trên GO Giai đoạn xử lý tiếp là xử lý thủynhiệt hoặc khử để chuyển thành các tinh thể nano phân tán trên bề mặt GO,đồng thời chuyển GO thành rGO.

Trong luận văn này, vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạngkhử được tổng hợp theo phương pháp trực tiếp đi từ graphen oxit (GO) biếntính và chưa biến tính với hỗn hợp 2 muối Fe2+ và Fe3+ Ở đây GO đượcchuẩn bị từ graphit bằng phương pháp oxi hóa thu được graphit oxit, sau đótách lớp bằng phương pháp rung siêu âm trong dung môi nước với sự có mặtcủa chất HĐBM natri dodecyl sulfat (SDS)

1.6 Chất hoạt động bề mặt và ứng dụng

Chất hoạt động bề mặt là các chất có tác dụng làm giảm sức căng bềmặt của chất lỏng Phân tử chất HĐBM gồm hai phần: Đầu kỵ nước(Hydrophop) và đầu ưa nước (Hydrophyl) Và tính chất hoạt động bề mặtphụ thuộc vào hai phần này

Có nhiều cách phân loại chất hoạt động bề mặt nhưng cách phân loạitheo cấu tạo hóa học là hợp lý nhất Phân loại theo cấu tạo hóa học chia chấthoạt động bề mặt ra làm hai loại: chất sinh ra ion và chất không sinh ra ion.Chất sinh ra ion được chia làm ba loại: hoạt tính anion, hoạt tính cation vàlưỡng tính

- Chất hoạt động bề mặt không sinh ion (NI)

Các chất tẩy rửa khi hòa tan vào trong nước không phân ly thành iongọi là chất tẩy rửa không sinh ion

NI có khả năng hoạt động bề mặt không cao Êm dịu với da, lấy dầu

ít Làm bền bọt, tạo nhũ tốt Có khả năng phân giải sinh học Ít chịu ảnhhưởng của nước cứng và pH của môi trường, tuy nhiên có khả năng tạo phứcvới một số ion kim loại nặng trong nước…

- Chất hoạt động bề mặt anion

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạtđộng bề mặt âm, chiếm phần lớn kích thước toàn bộ phân tử hay chính làmạch hidrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt

Đó là chất hoạt động bề mặt anion

Có khả năng hoạt động bề mặt mạnh nhất so với các loại khác Bị thụ độnghóa hay mất khả năng tẩy rửa trong nước cứng, cứng tạm thời, các ion kimloại nặng (Fe3+, Cu2+…)

- Chất hoạt động bề mặt cation

Chất hoạt động bề mặt mà khi hòa tan vào nước phân ly ra ion hoạt động bềmặt dương, chiếm phần lớn kích thước toàn bộ phân tử hay chính là mạchhydrocacbon khá dài, và ion thứ hai không có tính hoạt động bề mặt

Có khả năng hoạt động bề mặt không cao Chất hoạt động bề mặt cation cónhóm ái nước là ion dương, ion dương thông thường là các dẫn xuất củamuối amin bậc bốn của clo

- Chất hoạt động bề mặt lưỡng tính

Những chất hoạt động bề mặt mà tùy theo môi trường là axit hay bazo

mà có hoạt tính cation với axit hay anion với bazo, hay nói cách khác là chấthoạt động bề mặt có các nhóm lưỡng cực vừa tích điện âm vừa tích điệndương(amin, este)

Có khả năng hoạt động bề mặt không cao, ở pH thấp chúng là chấthoạt động bề mặt cationic và là anionic ở pH cao

Natri dodecyl sulfat (SDS) còn có tên gọi khác là sodium lauryl sulfat

(SLS), hay sodium sulfat monolauryl… Nó là chất hoạt động bề mặt anion.Phân tử có một đuôi dài 12 nguyên tử cacbon, gắn liền với một nhóm sunfat Công thức phân tử: C12H25SO4Na

Công thức cấu tạo

Hình 1.7 Công thức của Natri dodecyl sulfat (SDS)

SDS là một chất hoạt động bề mặt hiệu quả cao, có khả năng hoạtđộng bề mặt mạnh nhất so với các loại khác Nó được bắt nguồn từ dầu dừa

và dầu cọ rẻ tiền, là một thành phần phổ biến của nhiều sản phẩm tẩy rửatrong nước và đa số các sản phẩm chúng ta đang sử dụng hằng ngày nhưkem đánh răng, dầu gội đầu, mỹ phẩm và chất tẩy rửa

Natri dodecyl sulfat (SDS), thường được sử dụng trong việc hìnhthành các protein Bằng cách gây ảnh hưởng không tạo liên kết cộng hóa trịtrong các protein, biến tính protein

Đăc biệt, bằng biện pháp siêu âm trong dung môi nước kết hợp sửdụng chất HĐBM SDS để thúc đẩy quá trình tách lớp xảy ra thuận lợi hơncũng đã được báo cáo Dưới tác dụng siêu âm, các phân tử chất HĐBM SDS

sẽ chèn vào những khoảng trống nhỏ giữa các tấm đơn lớp trong một khốilớn graphit (gồm rất nhiều lớp) và tách chúng ra, ngăn cản chúng tập hợp lại[23]

Hình 1.8 Cơ chế tách các lớp graphen thông qua chất HĐBM SDS [23]

Cơ chế ổn định [23]: Trong quá trình siêu âm, năng lượng cung cấpcần vượt quá tương tác Van der Waals giữa những lớp graphen trong khichất HĐBM sẽ hấp phụ lên trên bề mặt của graphen

Cơ chế ổn định hệ keo được giải thích bởi thuyết DLVO dựa trên sự

có mặt của các điện tích có thể do sự deproton hóa các nhóm bề mặt hoặc sựhấp phụ các ion từ dung môi đến bề mặt hạt keo, hình thành lớp điện tíchkép trên bề mặt hạt keo do sự thu hút những ion đối với bề mặt bị tích điệnthông qua sự khuếch tán tự nhiên theo chuyển động Brown Điều đó dẫnđến lực đẩy tĩnh điễn giữa các hạt keo, giúp chúng ổn định trong môi trườngliên tục

Tuy nhiên, bên cạnh những ứng dụng kể trên thì SDS còn có nhữngtác hại đáng chú ý Khi tiếp xúc với SDS có thể dẫn đến một cảm giác rát,

ho, thở khò khè, viêm thanh quản, nhức đầu, buồn nôn Khi tiếp xúc lâu dàivới chúng có thể gây ra các tác dụng phụ như làm tổn thương mắt, trầm cảm

và tiêu chảy… nguy hiểm hơn có thế gây đục thủy tinh thể Không chỉ vậy,SDS rất dễ dàng hấp thụ vào cơ thể qua da, chúng có thể di chuyển đến tim,gan, não và phổi thông qua dòng máu Chúng xâm nhập vào cơ thể và thờigian lưu lại rất lâu từ đó gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người

1.7 Hấp phụ hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong môi trường nước

1.7.1 Quá trình hấp phụ [7]

Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha Chất có bề mặt

mà trên đó xảy ra sự hấp phụ được gọi là chất hấp phụ, còn chất được tíchlũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ

Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấpphụ mà người ta chia ra thành hấp phụ vật lý và hóa học

Hấp phụ vật lý được chất rắn đó tạo ra do lực tương tác bề mặt chất rắn

và phân tử hấp phụ Lực này tương tự như lực Van der Waals các phân tử.Xảy ra do lực tương tự như Van der Waals trong đó không có phản ứng hóahọc Thường xảy ra ở nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ sôi hoặc cao hơn một chút.Hiệu ứng nhiệt là số dương, thường bằng nhiệt ngưng tụ Hấp phụ vật lý trên

bề mặt có thể tạo thành đa phân tử Nhiệt hấp phụ vào khoảng 20 kCal/mol

Hấp phụ hóa học gồm quá trình vận chuyển điện tử và sự hình thànhlưỡng cực hóa học Xảy ra do lực tương tác hóa học có dẫn đến sự chuyểnhóa các chất trong hệ, có năng lượng hoạt hóa lớn, xuất hiện lưỡng cực hóahọc, làm thay đổi bản chất hóa học của hệ Thường xảy ra ở nhiệt độ cao vàhiệu ứng nhiệt lớn Đặc trưng cho các hợp chất mà có khả năng tham gia vàophản ứng hóa học Nhiệt hấp phụ hóa học lớn hơn 100 kCal/mol tới nhỏ hơn

20 kCal/mol

1.7.2 Đặc điểm chung của quá trình hấp phụ trong môi trường nước

Hấp phụ trong môi trường nước là quá trình hấp phụ hỗn hợp, bởingoài chất tan còn có mặt của nước Do đó, quá trình hấp phụ là kết quả của

sự tương tác giữa nước – chất tan – chất hấp phụ Thực tế trong quá trìnhhấp phụ, các chất tan trong nước rất đa dạng và có bản chất khác nhau Khảnăng hấp phụ của chúng lại phụ thuộc tương tác giữa chất hấp phụ và chất bịhấp phụ Do đó, cơ chế của hấp phụ trong môi trường nước là cơ chế hấpphụ cạnh tranh và chọn lọc

Thường tốc độ hấp phụ trong môi trường nước chậm hơn so với hấpphụ trong pha khí Bởi vì do tương tác giữa chất bị hấp phụ, dung môi nước

và với bề mặt chất hấp phụ làm cho quá trình khuếch tán của các phân tửchất tan chậm

Sự hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ảnh hưởng của môitrường; ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ; ảnh hưởng của pH và ảnhhưởng của bản chất, tính chất của chất bị hấp phụ

Bản chất và tính chất của chất hấp phụ có ảnh hưởng lớn đến sự hấpphụ Có thể nói rằng chất hấp phụ không phân cực hấp phụ chất không phâncực tốt hơn, còn những chất phân cực hấp phụ chất phân cực tốt hơn Nhữngchất hấp phụ có độ xốp càng cao thì khả năng hấp phụ của nó càng tốt

Chúng ta biết giữa chất tan và dung môi thường có sự hấp phụ cạnhtranh Khi nồng độ chất tan còn nhỏ thì sự hấp phụ của phân tử chất hòa tan

sẽ tốt hơn và ngược lại khi nồng độ lớn hấp phụ dung môi Về mặt nhiệtđộng học mà xét, ta thấy nếu sức căng bề mặt của môi trường càng cao thìkhả năng hấp phụ của môi trường càng nhỏ và ngược lại chất tan có thể bịhấp phụ tốt hơn Ta có thể thấy rõ điều đó khi nghiên cứu sự hấp phụ củachất tan trong dung môi là nước, ở đây ta thấy nước có sức căng bề mặt lớnhơn nên chất tan trong đó sẽ được hấp phụ tốt hơn

Ảnh hưởng của bản chất và tính chất của chất bị hấp phụ Về mặt này

ta có thể nêu qui tắc về sự cân bằng độ phân cực Rebindes Theo qui tắc nàychất C có thể bị hấp phụ lên bề mặt phân cách của 2 chất A và B nếu như sự

có mặt của chất C làm cho sự chênh lệch về độ phân cực của 2 chất A và Bkhông còn nữa Nói một cách khác sự hấp phụ sẽ xảy ra nếu như độ phân

cực của chất C được đặc trưng bởi hằng số điện môi εC

Ngoài các yếu tố trên ta cần chú ý đến yếu tố thời gian và nhiệt độ.Trong trường hợp dung dịch hòa tan hoàn toàn thì khi tăng nhiệt độ, nóichung sự hấp phụ từ dung dịch giảm vì động năng phân tử tăng Còn đối vớidung dịch hòa tan hạn chế thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ làm cho độ hòa tan thayđổi.

Ngoài ra sự có mặt của các ion khác trong dung dịch cũng ảnh hưởngđến khả năng hấp phụ và tốc độ hấp phụ của chất hấp phụ

Sự hấp phụ ion thường xảy ra trên bề mặt của chất hấp phụ tại đó cónhững nhóm ion, nhóm phân tử phân cực hay ion cho nên sự hấp phụ ioncòn được gọi là sự hấp phụ phân cực Phần bề mặt mang điện tích xác định,chỉ hấp phụ những ion mang điện tích ngược dấu Còn những ion mang điệntích cùng dấu sẽ không bị hấp phụ trực tiếp Nhưng vì có lực hút tĩnh điệnnên nó được giữ lại gần những ion hấp phụ và tạo thành lớp điện kép

Hấp phụ ion phụ thuộc nhiều vào hóa trị của ion Đối với những ioncùng hóa trị thì những ion nào có bán kính lớn hơn thì sẽ dễ bị hấp phụ hơn

vì ion có bán kính lớn thì độ phân cực của nó lớn nên chúng dễ bị hút Mặtkhác, khi bán kính ion lớn thì khả năng sonvat hóa kém nên thể tích ion (kể

cả lớp sonvat hóa) nhỏ do đó nó dễ bị hấp phụ hơn Đối với những ion cóhóa trị khác nhau thì những ion nào có hóa trị lớn hơn sẽ hấp phụ mạnh hơn

1.7.3 Thực trạng ô nhiễm chất hữu cơ khó phân hủy trong môi trường nước và tình hình xử lý

Trong số các dạng ô nhiễm môi trường, ô nhiễm môi trường nướcđang là vấn đề nóng bỏng hiện nay Chất gây ô nhiễm có thểlà các chất vôcơhoặc các chất hữu cơ Sự có mặt của các chất ô nhiễm trong nước là donguồn nước thải công nghiệp từ nhà máy khai thác mỏ, tinh lọc dầu, sản xuấtsợi, sơn, phổ biến hơn hết là thuốc nhuộm…

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp dệt nhuộm ở nước tahiện nay đang phát triển đa dạng với những quy mô khác nhau làm cho đời

sống con người càng được nâng cao, nhưng mặt trái của nó là thải ra môitrường nhiều chất thải độc hại.Trong quá trình hoạt động sản xuất, các cơ sởdệt nhuộm đã tạo ra lượng lớn chất thải có mức độ gây ô nhiễm cao Nướcthải sinh ra từ dệt nhuộm thường lớn và chứa hỗn hợp phức tạp các hóa chất

dư thừa: phẩm nhuộm, chất hoạt động bề mặt, chất oxi hóa, các ion kim loạinặng…

Quá trình xử lý hóa học vật liệu gồm xử lý ướt và xử lý khô Xử lýướt gồm: xử lý trước, tẩy trắng, làm bóng nhuộm, in hoa Công đoạn xử lýướt sử dụng nhiều nước, nói chung để xử lý hoàn tất 1 kg hàng dệt cần 50÷

300 lít nước tùy chủng loại vật liệu và máy móc thiết bị Hầu hết lượng nướcnày cỡ 88,4% sẽ thải ra ngoài, 11,6% lượng nước bay hơi trong quá trình giacông

1.7.3.1 Tác hại của ô nhiễm nước thải dệt nhuộm do thuốc nhuộm

Thuốc nhuộm tổng hợp có từ lâu và ngày càng được sử dụng nhiềutrong dệt may, giấy, cao su, nhựa, da, mỹ phẩm, dược phẩm và các ngànhcông nghiệp thực phẩm Vì thuốc nhuộm có đặc điểm: sử dụng dễ dàng, giáthành rẻ, ổn định và đa dạng so với màu sắc tự nhiên Tuy nhiên việc sửdụng rộng rãi thuốc nhuộm và các sản phẩm của chúng gây ra ô nhiễmnguồn nước ảnh hưởng tới con người và môi trường Khi đi vào nguồn nướcnhận như sông, hồ…Với một nồng độ rất nhỏ của thuốc nhuộm đã cho cảmgiác về màu sắc Màu đậm của nước thải cản trở sự hấp thụ oxy và ánh sángmặt trời, gây bất lợi cho sự hô hấp, sinh trưởng của các loại thuỷ sinh vật.Như vậy nó tác động xấu đến khả năng phân giải của vi sinh đối với các chấthữu cơ trong nước thải Đối với cá và các loại thủy sinh: các thử nghiệm trên

cá của hơn 3000 thuốc nhuộm nằm trong tất cả các nhóm từ không độc, độcvừa, rất độc đến cực độc Trong đó có khoảng 37% thuốc nhuộm gây độc

cho cá và thủy sinh, chỉ 2% thuốc nhuộm ở mức độ rất độc và cực độc cho

1.7.3.2 Nguồn phát sinh nước thải trong công nghiệp dệt nhuộm

Nguồn phát sinh nước thải công nghiệp dệt nhuộm được trình bày tómtắt trong bảng 1.2

Bảng 1.2 Tóm tắt các nguồn chủ yếu phát sinh nước thải

công nghiệp dệt nhuộm [2]

Sản xuất vải sợi bông Sản xuất vải sợi pha (tổng hợp/bông, visco) Sản xuất vải, sợi len và pha

(tổng hợp/len)

Nấu – tẩy trắng Nấu – tẩy trắng Tẩy trắng ( nếu yêu cầu)

Trong số các nhà máy chỉ có nhà máy lớn có xây dựng hệ thống xử lýnước thải còn lại hầu như chưa có hệ thống xử lý vẫn còn xả trực tiếp ra môitrường Loại nước thải dệt nhuộm có độ kiềm hoặc độ axit cao, màu đậm, cónhiều chất hữu cơ gây độc cho quần thể sinh vật và ảnh hưởng sức khoẻcộng đồng Ở các ngành công nghiệp dệt may, nước thải thường có độ pHtrung bình từ 9÷

11, chỉ số nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD), nhu cầu ôxy hoáhọc (COD) có thể lên đến 700mg/1 và 2.500mg/1 Nước thải dệt nhuộm

thường không ổn định và đa dạng (hiệu quả hấp phụ thuốc nhuộm của vảichỉ đạt 60÷70%, 30÷40% phẩm nhuộm thừa ở dạng nguyên thủy hay bị phânhủy) do đó nước có độ màu rất cao, có khi lên đến 500000 Pt-Co Các phẩmnhuộm hoạt tính, hoàn nguyên thường thải trực tiếp ra môi trường, lượngphẩm nhuộm thừa lớn dẫn đến gia tăng các hợp chất hữu cơ khó phân hủy và

độ màu của nước thải dệt nhuộm Việc sử dụng rộng rãi thuốc nhuộm và cácsản phẩm của chúng gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, ảnh hưởngtới sức khỏe con người và hệ sinh thái thủy sinh Các hợp chất này có độctính cao đối với người và loài vật, dễ hấp thụ qua da, đi vào cơ thể phát huyđộc tính, tàn phá hủy hoại tế bào sống Cụ thể đối với con người gây ra cácbệnh về da, đường hô hấp, phổi, ung thư… đối với hệ sinh thái thủy sinh cóthể phá hủy hoặc ức chế khả năng sinh sống của vi sinh vật [1, 2, 4]

1.7.3.3 Các phương pháp xử lý

Có nhiều phương pháp đươc áp dụng để tách loại xử lý chất hữu cơtrong nước: trao đổi ion, thẩm thấu ngược và màng, keo tụ và hấp phụ.Trong đó, phương pháp hấp phụ được sử dụng rộng rãi do giá thành thấp, cóquy trình đơn giản và có thể đạt hiệu quả xử lý cao Điều đó cho thấy tính ưuviệt của phương pháp hấp phụ và vai trò quan trọng của chất hấp phụ trongquá trình xử lý làm sạch nước

Trên thế giới, trong những năm gần đây việc tận dụng các phụ phẩm nôngnghiệp, công nghiệp sẵn có, rẻ tiền như: lõi ngô, vỏ lạc, tro trấu, mùn cưa, bãmía… chế tạo các vật liệu hấp phụ (VLHP) để tách loại các chấthữu cơ gây

ô nhiểm trong các nguồn nước đang được chú ý [21, 22, 24] Hiện nay vậtliệu hấp phụ chứa oxit kim loại kích thước nanomet đã và đang thu hút được

sự quan tâm của nhiều nhà khoa học vì khả năng hấp phụ vượt trội của nó sovới các vật liệu thông thường Đã có một số công trình nghiên cứu sự hấpphụ các hợp chất hữu cơ khó phân hủy trong nước bởi các vật liệu nano như

CoFe2O4 /bentoni, SBA-15, SiO2, MnO2… Kết quả công bố cho thấy, chúng

là vật liệu xử lý chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước có hiệu quả cao

Trong giới hạn khuôn khổ của đề tài chúng tôi tập trung nghiên cứu

xử lý xanh metylen (MB) là thành phần phổ biến có trong nước thải củangành công nghiệp dệt nhuộm

Xanh metylen (Metylene Blue: MB) là một hợp chất hóa học dị vòngthơm có công thức phân tử C16H18ClN3S.3H2O Ở nhiệt độ phòng nó là mộtchất rắn, không mùi, bột màu xanh đậm, tạo thành một dung dịch xanh khihòa tan trong nước.Khi hoà tan trong nước, MB sẽ phân ly tạo ra một cation

MB+ và dễ bị giữ lại trên bề mặt bởi các ion âm Khả năng hấp phụ phụthuộc vào mật độ điện tích âm của vật liệu

Phẩm màu MB là một chất được sử dụng rộng rãi trong các nhà máydệt nhuộm vải, nilon, da, gỗ…làm chất chỉ thị và thuốc trong y học Đây làmột chất khó phân huỷ khi thải ra môi trường nước, gây mất vẻ đẹp mỹ quan

và ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh hoạt Công thức mô tả công thức cấutạo của xanh metylen:

Hình 1.9 Công thức của

3,7-bis(Dimethylamino)-phenothiazin-5-ium chloride (hay xanh metylen)

Xanh metylen được điều chế đầu tiên vào năm 1876 bởi nhà hóa học ngườiĐức Heinrich Caro (1834-1910) cách đây hơn 120 năm, dạng dung dịch 1%

có pH từ 3-4,5 Xanh metylen đối kháng với các loại hóa chất mang tính oxyhóa và khử, kiềm, dichromate hoặc các hợp chất của iod Xanh metylen có

thể bị oxy hóa hoặc bị khử, mỗi phân tử của xanh metylen bị oxi hóa và bịkhử khoảng 100 lần/giây

Giá trị của K F và n có thể được tính theo giản đồ sự phụ thuộc giữa lnq e và lnC e bằng phương pháp hồi quy tuyến tính từ các số liệu thựcnghiệm.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Tổng hợp vật liệu

2.1.1 Thiết bị, dụng cụ

- Thiết bị: Tủ sấy; Máy khuấy từ gia nhiệt; Cân phân tích điện tử; Máy

siêu âm; Máy đo pH

- Dụng cụ: thủy tinh: cốc 100ml, 500ml và 1000ml; bình định mức;

pipet các loại ; Nhiệt kế; Giấy bạc, giấy lọc; Phễu lọc; Cối mã não; Giấy đopH

2.1.2 Hoá chất

Bảng 2.1 Các loại hóa chất chính sử dụng trong đề tài

2.1.3.Tổng hợp vật liệu

2.1.3.1 Graphen oxit

Graphen oxit được tổng hợp hợp dựa trên phương pháp Hummer biếntính [8], quy trìnhnhư sau: cho 1 g graphit cacbon; 0,5 g NaNO3 và 23mLH2SO4vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, làm lạnh hỗn hợp ở (0-50C) và khuấy đều

trên máy khuấy từ Nâng nhiệt độ lên 150C và cho từ từ từng lượng nhỏ kếthợp với khuấy đều liên tục 3 g KMnO4, sau đó nâng tiếp nhiệt độ đến 400C.Thêm 46 mL nước cất và nâng nhiệt độ lên đến 980C, khuấy liên tục trong 1giờ Cho thêm 15mL H2O2 5 % vào hỗn hợp khuấy trong 1 giờ Sau đó đểnguội tự nhiên, lọc rửa sản phẩm nhiều lần bằng axit HCl 5%, sau đó rửabằng nước cất đến pH = 7 Graphen oxit thu được bằng kỹ thuật siêu âm táchlớp graphit oxit trong dung môi là nước và kết hợp với SDS Lượng graphitoxit dùng cho mỗi thí nghiệm là 0,25 g, thể tích nước là 300 mL, thời giansiêu âm là 40 phút

Ký hiệu mẫu: GO-H (mẫu graphit oxit siêu âm với nước) và GO-S (mẫugraphit oxit siêu âm với nước và kết hợp với SDS)

2.1.3.2 Graphen oxit dạng khử (rGO)

Lấy 1g GO-H cho vào 250 mL nước cất, khuấy trộn trong 15 phút.Tiếp đến thêm 10g axit ascorbic vào hỗn hợp và khuấy liên tục trong 8 giờ ở

50 0C thu được dung dịch màu đen Lọc, rửa dung dịch thu được bằng nướccất Sấy mẫu ở 80 0C trong 24 giờ, thu được mẫu dạng bột mịn, đen Kýhiệu: rGO-H

Cũng với cách tiến hành như trên nhưng thay vật liệu H bằng

GO-S Sản phẩm thu được ta ký hiệu là: rGO-S

2.1.3.3 Graphen oxit biến tính (SGO)

Hòa tan 46 mg axit sulfanilic trong 10 mL nước cất đã hòa tan 30 mgNa2CO3, sau đó gia nhiệt nhẹ cho sulfanilic acid tan hoàn toàn Tiếp theohòa tan 18 mg NaNO2 vào 5 mL nước cất và cho tiếp vào hệ Tiếp tục dùng2,4 g dung dịch HCl 1 N cho từ từ vào hệ và khuấy liên tục trên máy khuấy

từ Sau khi cho hoàn toàn lượng HCl xong cũng là lúc ta điều chế xong muốiđiazonium của axit sunfanilic Sau đó ta tiến hành cho tiếp 75 mg GO-S vàodung dịch trên, phản ứng được thực hiện trong 2 giờ [22]