Nghiên cứu tổng hợp khả hấp phụ hợp chất hữu khó phân hủy nước vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử

LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Vương Hoàn – người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên cho em hoàn thành tốt khóa luận Trong trình thực khóa luận em nhận nhiều quan tâm tạo điều kiện thầy, cô khoa Hóa – Trường Đại Học Quy Nhơn Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành gửi lời chúc tốt đẹp tới thầy, cô Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp tổng hợp Hóa K35 động viên, khích lệ tinh thần suốt trình em học tập nghiên cứu khoa học Mặc dù cố gắng thời gian thực khóa luận em hạn chế kiến thức thời gian kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thông cảm ý kiến đóng góp quý báu quý thầy, cô để khóa luận hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Quy Nhơn, tháng năm 2016 Sinh viên thực Trần Thị Hoàng Long MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT GO Graphen oxit XRD X - ray Diffration ( Nhiễu xạ tia X) tia X X-ray crystallography VLHP Vật liệu hấp phụ IR Hồng ngoại CVD Chemical vapour depostion VLHP Vật liệu hấp phụ emu Electro magnetic unit EDX Energy Dispersive X ray Spectrocopy (Phương pháp quang phổ tia X phân tán lượng) HĐBM Hoạt động bề mặt SDS Natri dodecyl sulfat SLS Sodium lauryl sulfat DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Các nghiên cứu gần cho thấy, nano graphen oxit hợp chất công nghệ thân thiện với môi trường, có nguồn gốc từ graphit thiên nhiên Graphen xem chất liệu hình thành nên dạng khác dẫn xuất từ graphit (ống nanocarbon, cầu fullerene) đan nguyên tử cacbon lai hóa sp Andre K Geim Konstantin S Novoselov sử dụng băng keo dính đơn giản để tách lớp graphen từ graphit vào năm 2004 [1] nhóm nghiên cứu giải Nobel Prize Vật lý [2] vào năm 2010 Kể từ đó, nghiên cứu graphen nanocomposit gia cường graphen công bố hàng loạt giới khoa học nhanh chóng chuyển hướng nghiên cứu graphen ngày nhiều Graphen biết đến với độ linh động electron hay lỗ trống cao (230000 cm 2/Vs), độ truyền qua vùng khả kiến gần 98 %, độ dẫn nhiệt khoảng 3000 W/mK, có cấu trúc màng mỏng nhất, có diện tích bề mặt lớn lên đến 2600m2/g , vật liệu rắn (rắn kim cương), độ dẫn nhiệt cao, không thấm, độ linh động riêng cao nhiều tính chất khác hiệu ứng Hall từ tính [3] Cho đến thời điểm này, graphen chế tạo thông qua đường tách bóc học graphit (hay cắt ống nano carbon), lắng động hóa học (CVD) khử graphen oxit Trong phương pháp trên, nhà hóa học quan tâm phương pháp từ graphit oxit Đây phương pháp thuận lợi cho việc biến tính graphen theo ý muốn mang lại ứng dụng lĩnh vực sinh học, composit nanocomposit polyme Graphen oxit vật liệu có tiềm ứng dụng xử lý nước thải với vai trò chất hấp phụ [4-6] Tuy nhiên, graphen oxit có số hạn chế như: lớp dễ bị kết dính trở lại, độ chọn lọc thấp, hiệu hấp phụ khả thu hồi chưa cao Vì vậy, nghiên cứu hướng đến tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit năm gần ý Lý chọn đề tài Graphen vật liệu sở graphen nhận quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học khả ứng dụng rộng rãi chúng nhiều lĩnh vực, đặc biệt lưu trữ lượng, pin acquy ion Li , sản xuất lượng (pin nhiên liệu), công nghệ sinh học, chuyển hóa lượng, xử lý ô nhiễm, làm môi trường giảm thiểu biến đổi khí hậu… Với nhiều đặc tính ưu việt so với vật liệu nano biết diện tích bề mặt lớn, chứa nhiều nhóm chức hóa học hoạt động mà đặc biệt gốc chứa oxi hoạt động, graphen vật liệu sở graphen xem vật liệu lý tưởng Thuận lợi cho việc gắn chặt phân tán phân tử kim loại/ oxit kim loại, hợp chất hóa học khác, tạo nên tổ hợp có tính chất mới, tính linh động cao electron bề mặt graphen với độ bền học, độ bền nhiệt cải thiện Từ lâu vật liệu nano oxit sắt từ magnetic (Fe 3O4) nhận quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học từ tính mạnh chúng khả ứng dụng nhiều lĩnh vực xúc tác – hấp phụ, xử lý môi trường, khai thác dầu khí, y sinh học… Tuy nhiên, dùng sắt dạng nano việc thu hồi vật liệu sau hấp phụ lại gặp khó khăn Chính xu hướng nghiên cứu phân tán hạt nano oxit sắt từ Fe 3O4 lên chất mang thích hợp nhằm tạo vật liệu có khả hấp phụ tốt, đưa vào ứng dụng thực tế khắc phục hạn chế Ý tưởng điều chế vật liệu nanocomposit Fe3O4 phân tán chất mang graphen vật liệu sở graphen với mục đích cải thiện hạn chế nêu trên, đồng thời tăng cường ưu hai loại vật liệu nhằm xử lý hợp chất hữu khó phân hủy nước vấn đề quan tâm Xuất phát từ lý trên, chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp khả hấp phụ hợp chất hữu khó phân hủy nước vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử” Mục tiêu - Chế tạo vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử theo phương pháp trực tiếp - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến khả phân tán Fe 3O4 chất mang graphen oxit - Khảo sát khả ứng dụng vật liệu chế tạo để hấp phụ chất hữu khó phân hủy nước Phương pháp nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Vật liệu graphen oxit dạng khử (rGO) - Vật liệu nanocomposit Fe3O4/rGO - Chất HĐBM natri dodecyl sulfat (SDS) - Xanh metylen 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp graphen oxit phương pháp hóa học - Chế tạo composit Fe3O4/rGO theo phương pháp trực tiếp - Đặc trưng vật liệu phương pháp phân tích hóa, lý đại XRD, EDX, IR, - Khảo sát khả hấp phụ chất hữu khó phân hủy nước vật liệu nanocomposit Fe3O4/rGO pha tĩnh Nồng độ trước sau hấp phụ chất nghiên cứu xác định phép đo UV-VIS - Sử dụng công cụ toán học để xử lý số liệu thực nghiệm Nội dung nghiên cứu đề tài - Chế tạo graphen oxit (GO) từ graphit phương pháp oxi hóa thu graphit oxit, sau tách lớp phương pháp rung siêu âm dung môi nước với có mặt chất hoạt động bề mặt natri dodecyl sulfat (SDS) thu graphen oxit (GO) - Chế tạo vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử theo phương pháp trực tiếp từ graphen oxit (GO) hỗn hợp muối Fe2+ Fe3+ - Khảo sát khả hấp phụ chất hữu khó phân hủy nước vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Vật liệu graphit [6], [7] Graphit dạng thù hình cacbon Không giống kim cương, graphit chất dẫn điện sử dụng, ví dụ vật liệu để làm điện cực đèn hồ quang Trong cấu trúc tinh thể graphit, nguyên tử cacbon trạng thái lai hóa sp2 liên kết cộng hóa trị với nguyên tử cacbon xung quanh nằm lớp tạo thành vòng cạnh tương đối phẳng Khoảng cách nguyên tử cacbon lớp khoảng 0,14 nm khoảng cách lớp với khoảng 0,34 nm (gấp ~ 2,5 lần) tương tác lớp yếu tương tác nguyên tử lớp nhiều Chính tương tác lớp với tương đối yếu nên lớp trượt lên nhau, dẫn đến tính dẻo không đàn hồi graphit Do vậy, graphit dùng làm dầu bôi trơn Liên kết CC than chì tương đối bền, liên kết σ với nguyên tử cacbon xung quanh nguyên tử cacbon trung tâm có liên kết π không định vị với nguyên tử xung quanh Ngoài ra, tồn liên kết π không định vị lớp mạng tạo hệ thống liên hợp dạng (-C=C-C=C-C=C-), vùng không gian mà electron π chuyển động tương đối tự Các electron π phân bố ngang qua cấu trúc lục giác nguyên tử cacbon góp phần vào tính dẫn điện graphit Trong graphit định hướng, suất dẫn điện theo hướng song song với lớn so với suất dẫn điện theo hướng vuông góc với chúng 10 Phương pháp thực thiết bị EDAX 9900 gắn với thiết bị µ SEM Mẫu đo nhiều vị trí khác nhau, diện tích vị trí 0,3 x 0,3 m2 39 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết khảo sát khả phân tán graphit oxit nước khả phân tán graphit nước có sử dụng chất HĐBM SDS - Khả phân tán graphit oxit nước Trong đề tài thay đổi lượng nước từ 50 300ml Khi thay đổi lượng nước cho thấy khả phân tán graphit oxit nước tăng lượng nước tăng dần Mặc khác lượng nước 300ml quan sát thấy tượng lắng xảy nhanh nhất, graphit phân tán tốt nước lượng nước 50ml tượng lắng xảy chậm graphit oxit tồn dạng huyền phù nước Bên cạnh khảo sát thời gian mà trình phân tán xảy hiệu 40 phút 50ml 100ml 200ml 300m Hình 3.1 Khả phân tán graphit oxit nước 20 phút 30 phút 40 phút Hình 3.2 Thời gian phân tán graphit oxit nước Qua kết định tính, khả tách lớp lượng nước 300ml hiệu Chọn tỉ lệ 0,25g graphit oxit + 300ml H2O để làm bước 40 - Khả phân tán graphit oxit nước sử dụng chất HĐBM SDS Sau chọn tỉ lệ 0,25g graphit oxit + 300ml H 2O tỉ lệ mà graphit oxit phân tán tốt nước Tiếp tục khảo sát khả phân tán graphit oxit nước sử dụng chất HĐBM cách giữ nguyên tỉ lệ graphit oxit với nước khảo sát khối lượng SDS thêm vào (hay cách khác khảo sát tỉ lệ SDS H2O) 1:0,25 1:0,5 1:0,75 1:1 Hình 3.3 Khả phân tán graphit nước có sử dụng chất HĐBM SDS 30 phút 40 phút 50 phút Hình 3.4 Thời gian phân tán graphit oxit nước có sử dụng chất HĐBM SDS Qua kết định tính, khả tách lớp tỉ lệ 0,25g graphit oxit + 0,0625g SDS + 300 ml H2O hiệu Vì chọn tỉ lệ để tiến hành rung siêu âm tách lớp graphit oxit nước sử dụng chất HĐBM để tạo GO-S Và thời gian cho trình phân tán graphit oxit nước có chất HĐBM SDS xảy hiệu 30 phút 41 3.2 Đặc trưng vật liệu 3.2.1 Phổ IR graphit oxit Hình 3.5 Phổ IR graphit oxit Nhìn vào phổ IR graphit oxit ta thấy có mặt nhóm chức chứa oxi hoạt động Các pic đặc trưng tương ứng nhóm chức chứa oxi như: Nhóm hydroxyl ( -OH) 3343cm-1; Nhóm cacbonyl ( -C=O) 1717cm1 1628cm-1 pic đặc trưng liên kết C-O ( C-OH) 1101 cm -1 Bên cạnh mũi hấp thu nhỏ 2361 cm -1 chứng tỏ có khí CO2 hấp phụ khoang GO Từ kết đặc trưng vật liệu cho thấy, sản phẩm tổng hợp có mặt nhóm chức chứa oxi hoạt động hay bước đầu oxi hóa thành công grphit thành graphit oxit 3.2.2 Đặc trưng graphit, graphen oxit (GO-H GO-S) Kết đo XRD mẫu graphit, graphen oxit(GO-S GO-H) thể hình 3.6 42 Hình 3.6 Giản đồ XRD graphit, graphen oxit (GO-S GO-H) Quan sát hình 3.6 ta thấy, pic đặc trưng graphit 2θ 26.3o thấp thay vào xuất pic 2θ 11,90 cho vật liệu GO- H 10,79° cho vật liệu GO-S Điều chứng tỏ nhóm chức có chứa oxi hình thành chèn vào khoảng không gian lớp graphit, làm cho khoảng cách lớp tăng lên dẫn tới chuyển dịch giá trị 2θ nhỏ (từ 26,3 11,8° GO-H 10,79° GO-S) Đặc biệt, nhìn vào hình thành đỉnh phổ GO-H GO-S ta thấy GO-S có hình thành đỉnh phổ 2θ 10,79° nhỏ GO-H hình thành đỉnh phổ 2θ 11,8° lớn Điều chứng tỏ sử dụng chất HĐBM SDS chen vào lớp tương tác mạnh với nhóm phân cực GO làm cho khoảng cách lớp graphit tăng lên dẫn tới dịch chuyển từ giá trị 2θ 11,9° giá trị 2θ 10,79° nhỏ Do có nhóm chức phân cực nên graphit oxit dễ dàng tạo liên kết hydro với nước, kết hợp với lượng siêu âm, nước solvat hóa lớp graphit oxit làm gia tăng khoảng cách lớp GO graphit oxit Khi phân tán graphit oxit nước kết hợp sử dụng chất HĐBM SDS thúc đẩy trình tách lớp xảy thuận lợi sử dụng dung 43 môi nước Vì tác dụng siêu âm, phân tử chất HĐBM SDS chèn vào khoảng trống nhỏ đơn lớp khối lớn graphit (gồm nhiều lớp) tách chúng Như vậy, so với việc phân tán graphit oxit nước phân tán graphit oxit nước mà có sử dụng thêm chất HĐBM SDS hiệu tách lớp tăng lên đáng kể Chính thế, sản phẩm graphit oxit tách lớp kỹ thuật siêu âm với dung môi nước có chất HĐBM SDS gọi GO-S sử dụng để khử tiến hành tổng hợp vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử Để chứng minh cho có mặt oxi nhóm chức chứa mẫu vật liệu GO-S, xác định hàm lượng cacbon ban đầu graphit; hàm lượng cacbon graphit sau oxi hóa hàm lượng oxi dựa vào kết phân tích EDX (Hình 3.4 bảng 3.1) Hình 3.7 Phổ EDX GO-S Bảng 3.1 Hàm lượng nguyên tố graphit GO-S Nguyên tố Graphit % nguyên tử % mol 44 GO-S % nguyên tử % mol C O Các nguyên tố khác 90,97 7,86 1,17 7,58 0,49 0,0438 37,75 31,41 31,24 3,1458 1,963 1,32 3.2.3 Phổ IR graphen oxit dạng khử Hình 3.8 Phổ IR GO; rGO-S rGO-H Nhìn vào phổ IR, ta thấy so với GO rGO-H rGO-S : cường độ pic đặc trưng nhóm chức chứa oxi giảm rõ rệt bước sóng 3343cm-1 ( dao động –OH), 1717 cm -1 1628 cm-1 (dao động -C=O ), 1101 cm-1 (dao động C-O) IR khẳng định lại lần cường độ pic đặc trưng nhóm chức oxi rGO-S yếu rGO-H Chứng tỏ khoảng cách lớp rGO-S lớn làm cho phân tử ascorbic dễ dàng xâm nhập vào cấu trúc nên khử hiệu 3.2.4 Vật liệu nano composit Fe3O4/graphen oxit dạng khử Sự tăng lượng Fe3O4 phân tán rGO-H rGO-S làm sáng tỏ phân tích có mặt nguyên tố theo phương pháp EDX ( hình 3.3 bảng 3.2) 45 (a) (b) Hình 3.9 Phổ EDX Fe3O4/rGO-H (a); Fe3O4/rGO-S(b) Bảng 3.2 Hàm lượng nguyên tố mẫu Fe3O4/rGO-H; Fe3O4/rGO-S Fe3O4/rGO-H % % mol Nguyên tố O Fe Các nguyên tố khác Fe3O4/rGO-S % % mol nguyên nguyê tử 33,43 50,70 15,87 n tử 30,89 50,20 18,91 2,089 0,905 0,554 1,93 0,896 0,665 Kết từ bảng 3.2 cho thấy rằng, phân tán sắt lên rGO-S rGOH thành phần nguyên tố mẫu có thay đổi Lúc số lượng nguyên tử oxi mẫu giảm từ 33,43% - 30,89% phần trăm nguyên tử sắt hai mẫu vật liệu tổng hợp giảm từ 50,70% - 50,70%, tương ứng với Fe3O4/rGO-H, Fe3O4/rGO-S Như vật liệu tổng hợp Fe3O4/rGO46 H, Fe3O4/rGO-S có chứa sắt lượng sắt hai mẫu khác không nhiều từ Fe3O4/rGO-H đến Fe3O4/rGO-S Để có thêm thông tin có mặt nhóm liên kết chứa oxi mẫu lượng sắt phân bố Fe3O4/rGO-S Fe3O4/rGO-H, phổ IR sử dụng Hình 3.10, phổ IR Fe3O4/rGO-H; Fe3O4/rGO-S ( Dạ thưa cô hình chồng phổ có ghi số sóng bên chồng phổ không ghi số sóng ạ) Hình 3.10 Phổ IR Fe3O4/rGO-H; Fe3O4/rGO-S 47 Kết phân tích cho thấy, pic đặc trưng với nhóm chức có oxi nhóm hiđroxyl (-OH), khoảng 3400-3500cm-1; nhóm C=O (-COOH) 1636 cm-1; nhóm chức epoxyl (C-O-C) 1123 cm-1 có xuất phổ đồ Ngoài xuất số pic 400 cm-1 - 700 cm-1, đặc trưng cho tồn liên kết dao động hóa trị Fe-O Fe 3O4 Bên cạnh mũi hấp thu nhỏ 2361 cm -1 chứng tỏ có khí CO2 hấp phụ khoang GO Như vậy, thành công việc phân tán hạt nano Fe3O4 lên bề mặt graphen oxit dạng khử Ngoài ra, pic đặc trưng cho liên kết Fe-O phổ IR Fe3O4/rGO-S xuất với cường độ mạnh Fe 3O4/rGO-H điều chứng tỏ lượng sắt phân bố rGO-S nhiều rGO-H 3.3 Khả hấp phụ xanh metylen vật liệu nanocomposit Fe3O4/graphen oxit dạng khử 3.3.1 Xây dựng đường chuẩn xanh metylen 3.3.2 Khảo sát khả hấp phụ xanh metylen mẫu vật liệu điều chế Kết nghiên cứu khả hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-H; Fe3O4/rGO-S trình bày bảng 3.3 Bảng 3.3 Dung lượng hấp phụ xanh metylen vật liệu Vật liệu hấp phụ Dung lượng hấp phụ (qe:mg/g) Fe3O4/rGO-H Fe3O4/rGO-S 42,79 51,46 48 Hình 3.11 Khả hấp phụ xanh metylen theo thời gian Fe3O4/rGO-S Fe3O4/rGO-H Có thể nhận thấy khả hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-S cao so với vật liệu Fe3O4/rGO-H, khảo sát điều kiện thực nghiệm Trên sở số liệu bảng 3.3, tập trung nghiên cứu khả hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-S 3.2.3 Ảnh hưởng pH Kết biểu diễn phụ thuộc ΔpHi vào pH đầu (pH0) vật liệu Fe3O4/rGO-S thể hình 3.12 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc ΔpHi vào pHi vật liệu Fe3O4/rGO-S Quan sát hình 3.14 ta thấy đường biểu diễn phụ thuộc ΔpH vào pH cắt trục hoành điểm pH = 6,4 Từ ta xác định điểm điện tích không vật liệu tổng hợp 6,4 (pHPZC= 6,4) Tiếp đến khảo sát ảnh hưởng pH đến khả hấp phụ xanh pHi trình bày metylen, thay đổi pH khoảng từ đến 12 Kết bảng 3.4 Bảng 3.4 Ảnh hưởng pH đến dung lượng hấp phụ xanh metylen pH qe (mg/g) 2,33 7,64 4,08 11,16 6,12 15,92 8,02 8,98 32,71 40,84 10,11 51,26 11,13 11,78 52,33 52,02 Hình 3.13 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ xanh metylen 91,66 mg/l Fe3O4/rGO-S vào pH Khi pH tăng từ 8,02 đến 11,78 dung lượng hấp phụ tăng dần Điều giải thích dựa điện tích bề mặt vật liệu Fe 3O4/rGO-S Giá trị 49 điểm đẳng điện vật liệu Fe3O4/rGO-S pHPZC = 6,4 Ở pH < pHpzc bề mặt vật liệu mang điện tích dương nên tạo lực đẩy với cation MB, dẫn đến trình hấp phụ Ở pH > pHPZC bề mặt vật liệu mang điện tích âm, tăng cường tương tác với cation xanh metylen, dung lượng hấp phụ tăng mạnh 3.2.4 Ảnh hưởng thời gian nồng độ xanh metylen ban đầu đến khả hấp phụ vật liêu Fe3O4/rGO-S Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ nồng độ khác vào thời gian 25°C trình bày hình 3.14 Kết cho thấy, dung lượng hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ xanh metylen dung dịch, tăng nồng độ dung dịch, dung lượng hấp phụ tăng Hình 3.14 Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ xanh metylen vào thời gian nồng độ 41,28mg/l; 91,66mg/l 133,23 mg/l 215,73mg/l Hình 3.14 biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ xanh metylen vào thời gian nồng độ khác Nhận thấy dung lượng hấp phụ tăng tăng nồng độ thời điểm Từ 120 phút hấp phụ trở đi, dung lượng hấp phụ thay đổi không đáng kể Có thể xem trình hấp phụ xanh metylen đạt cân sau 120 phút Hình 5.15 Phổ UV xanh metylen khoảng thời gian hấp phụ 50 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc Ct /C0 theo thời gian 30 C0 60 120 90 150 180 Hình 3.17 Sự giảm cường độ màu MB nồng độ 91,66 (mg/l) theo thời gian t = 0; 30; 60; 90; 120; 150; 180 phút 3.2.5 Nghiên cứu đẳng nhiệt hấp phụ Trong nghiên cứu dùng hai phương trình đẳng nhiệt hấp phụ phổ biến Langmuir Frendlich Bảng 3.4 Mối liên hệ Ce qe trình hấp phụ xanh metylen 298K Nồng độ 41,28 91,66 133,23 215,73 Ce (mg/l) 17,0 41,26 75,20 113,0 qe (mg/g) 24,28 50,40 79,16 102,73 Ce/ qe 0,700 0,819 0,950 1,100 lnCe 2,833 3,720 4,320 4,727 ln qe 3,190 3,920 4,371 4,632 Các tham số phương trình Langmuir Frendlich xác định phương pháp hồi qui tuyến tính số liệu thực nghiệm Kết trình bày hình 3.18 3.19 51 Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ Hình 3.19 Đường đẳng nhiệt hấp Langmuir phụ Frendlich Kết phân tích từ hình 3.18 3.19 cho thấy trình hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-S tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Frendlich với hệ số tương quan lớn, R2 = 0,9977 Các tham số tính theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich với KF = 2,8579 n= 1,3099 Tóm lại, từ kết nghiên cứu nhận thấy trình hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-S cao.Thời gian đạt cân hấp phụ sau 120 phút hiệu suất hấp phụ xanh metylen vật liệu ÷ cao pH nằm khoảng pH = 10 11 Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich với hệ số tương quan lớn, R = 0,9977; KF = 2,8579 n= 1,3099 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1/ Tổng hợp thành công graphit oxit phương pháp hóa học, oxi hóa graphit KMnO4 môi trường H2SO4 đậm đặc Sản phẩm thu có xuất nhiều nhóm chức chứa oxi hoạt động nhóm hydroxyl (-OH), nhóm C=O nhóm epoxyl (C-O-C) Đây vật liệu tốt để làm chất cho chất xúc tác- hấp phụ 2/ Thành công việc tông hợp vật liệu nano Fe3O4 phương pháp đồng kết tủa từ dung dịch hỗn hợp Fe2+/Fe3+ môi trường kiềm mạnh( pH=10) 52 3/ Thành công việc chế tạo vật liệu nano-composit Fe3O4/graphen oxit dạng khử phương pháp trực tiếp dùng hỗn hợp hai muối Fe2+ Fe3+ Bằng phương pháp đặc trưng hóa lý đại cho thấy hạt Fe3O4 phân tán tốt graphen oxit giữ cấu trúc GO 4/ Đã nghiên cứu trình hấp phụ vật liệu nano-composit Fe3O4/graphen oxit dạng khử xanh metylen Kết nhận được, trình hấp phụ xanh metylen vật liệu Fe3O4/rGO-S cao Thời gian đạt cân hấp phụ sau 120 phút hiệu suất hấp phụ xanh metylen vật ÷ liệu cao pH nằm khoảng pH = 10 11 Quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt Freundlich với hệ số tương quan lớn, R = 0,9977; KF = 2,8579 n= 1,3099 KIẾN NGHỊ Nhiên cứu tiếp yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp vật liệu Fe3O4/graphen oxit dạng khử để tìm điều kiện tối ưu nhằm thu sản phẩm có tính chất xúc tác – hấp phụ mong muốn Nếu có thời gian nghiên cứu để hấp phụ thêm số hợp chất hữu độc hại khác môi trường nước 53 [...]... tính chất của chất hấp phụ có ảnh hưởng lớn đến sự hấp phụ Có thể nói rằng chất hấp phụ không phân cực hấp phụ chất không phân cực tốt hơn, còn những chất phân cực hấp phụ chất phân cực tốt hơn Những chất 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 cạnh tranh Khi nồng độ chất tan còn nhỏ thì sự hấp phụ của phân tử chất. .. trình hấp phụ hỗn hợp, bởi ngoài 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 trình hấp phụ, các chất tan trong nước rất đa dạng và có bản chất khác nhau Khả năng hấp phụ của chúng lại phụ thuộc tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ Do đó, cơ chế của hấp phụ trong môi trường nước là cơ chế hấp phụ cạnh... trình hấp phụ 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 tích lũy trên bề mặt gọi là chất bị hấp phụ Tùy theo bản chất của lực tương tác giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ 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. .. độ hấp phụ trong môi trường nước chậm hơn so với hấp phụ 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 tử chất tan chậm Sự hấp phụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ảnh hưởng của môi trường; ảnh hưởng của tính chất chất hấp phụ; ảnh hưởng của pH và ảnh hưởng của bản chất, tính chất của chất bị hấp phụ Bản chất. .. 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 so với các vật liệu thông thường Đã có một số công trình nghiên cứu sự hấp phụ 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. .. tổ hợp hai loại vật liệu này để tạo nanocomposit Fe 3O4/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 nhằm góp phần cho sự hình 16 thành và phát triển ngành khoa học vật liệu đặc biệt trong lĩnh vực hấp phụ, xúc tác xử lý môi trường Vật liệu nanocomposit Fe3O4 /graphen oxit dạng khử tổng hợp được có các đặc... lớn hấp phụ dung môi Về mặt nhiệt động học mà xét, ta thấy nếu sức căng bề mặt của môi trường càng cao thì khả năng hấp phụ của môi trường càng nhỏ và ngược lại chất tan có thể bị hấp phụ tốt hơn Ta có thể thấy rõ điều đó khi nghiên cứu sự hấp phụ của chất tan trong dung môi là nước, ở đây ta thấy nước có sức căng bề mặt lớn hơn nên chất tan trong đó sẽ được hấp phụ tốt hơn 22 Ảnh hưởng của bản chất. .. Graphit oxit có diện tích bề mặt riêng lớn và có khả năng phân tán tốt trong dung môi phân cực nên được sử dụng làm chất nền để tổng hợp một số vật liệu mới 1.4 Vật liệu graphen Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu graphen và các tính chất cũng như ứng dụng thực tế của graphen ngày càng nhận được sự quan tâm không chỉ với cộng đồng các nhà nghiên cứu hàn lâm mà cả đối với cộng đồng các nhà nghiên. .. đẳng nhiệt hấp phụ - Đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir cho sự hấp phụ chất tan trong dung dịch trên chất hấp phụ rắn có dạng sau: q = q max KLC (1.1) 1 + K LC 27 Trong đó: qmax là dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g) và K L là hằng số cân bằng hấp phụ Langmuir Hoặc có thể đưa về dạng tuyến tính: Ce C 1 = e + q e q max K L q max (1.2) Dựng đồ thị tuyến tính sự phụ thuộc... hấp phụ Freundlich Mô hình Freundlich là một phương trình kinh nghiệm áp dụng cho sự hấp phụ trên bề mặt không đồng nhất qe = x = K F Ce1/ n m (1.3) Trong đó: x là khối lượng chất bị hấp phụ, m là khối lượng chất hấp phụ, Ce là nồng độ cân bằng của dung dịch, qe là dung lượng cân bằng hấp phụ của chất bị hấp phụ, KF và n là các hằng số Freundlich đặc trưng dung lượng hấp phụ và cường độ (lực) hấp phụ