Nghiên cứu ứng dụng hấp phụ một số hợp chất hữu cơ trong nước bằng vật liệu SBA 15 biến tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN XUÂN HUY NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC BẰNG VẬT LIỆU SBA-15 BIẾN TÍNH Chuyên ngành: Hóa hữu Mã số: 60 44 27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đà Nẵng – 2012 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ VIỄN Phản biện 1: GS.TS ĐÀO HÙNG CƯỜNG Phản biện 2: PGS.TS LÊ THỊ LIÊN THANH Luận văn ñã ñược bảo vệ trước hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày13 tháng 11 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng -1- MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Sự phát triển mạnh mẽ hoạt ñộng kinh tế - kỹ thuật làm cho ñời sống người ñược nâng cao, mặt trái thải môi trường nhiều chất thải ñộc hại Chính ñiều ñã làm cho nhân loại phải ñối mặt với biến ñổi khí hậu, ô nhiễm môi trường, cân sinh thái tạo ñiều kiện cho bệnh tật phát triển Trong số dạng ô nhiễm môi trường, ô nhiễm môi trường nước ñang vấn ñề nóng bỏng Chất gây ô nhiễm chất vô chất hữu Sự có mặt chất ô nhiễm nước nguồn nước thải công nghiệp từ nhà máy khai thác mỏ, tinh lọc dầu, sản xuất sợi, sơn, thuốc nhuộm…Các hợp chất hữu phenol, xanh metylen, alizarin red S thuộc loại phổ biến nước thải công nghiệp Các hợp chất có ñộc tính cao ñối với người loài vật, chúng khó bị phân hủy tự nhiên, dễ hấp thụ qua da, ñi thể phát huy ñộc tính, tàn phá hủy hoại tế bào sống Nghiên cứu ñể loại hợp chất hợp chất hữu ñộc hại khác khỏi môi trường nước góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường Hiện nay, có nhiều phương pháp ñể tách loại xử lý chất hữu nước: trao ñổi ion, thẩm thấu ngược màng, keo tụ hấp phụ Trong ñó, phương pháp hấp phụ ñược sử dụng rộng rãi giá thành thấp hiệu cao Các vật liệu hấp phụ bao gồm khoáng chất vô cơ: ñất sét, zeolite, ñá ong, diatomite; chất hữu cơ: chitin/chitosan, alginate; oxit vô cơ: nano oxit sắt, nano oxit silic… Các nghiên cứu tìm kiếm, tổng hợp chất hấp phụ ñể xử chất hữu nói chung phẩm nhuộm nói riêng ñã ñang ñược nghiên cứu nhiều nước nước -2Vào ñầu thập niên 90 kỷ trước, thành công việc tổng hợp vật liệu MQTB ñã mở giai ñoạn tổng hợp chất xúc tác hấp phụ [9] Các vật liệu có diện tích bề mặt riêng, ñường kính mao quản lớn, ñộ trật tự cao [9], [10] chúng cho phép phân tử lớn dễ dàng khuếch tán tham gia phản ứng bên mao quản Trong ñó, SBA-15, thành viên họ vật liệu SBA (Santa Barbara Amorphous) gần ñây ñã nhận ñược quan tâm ñặc biệt có cấu trúc lục lăng, thành mao quản dày (30-60 Å), diện tích bề mặt cao, mao quản có cấu trúc ñều ñặn với kích thước lớn (20-300 Å) có ñộ bền thủy nhiệt cao vật liệu MQTB khác [10] SBA-15 thường oxit silic có bề mặt hoạt ñộng Vì thế, ñể hoạt ñộng hóa bề mặt, nước giới, ñã có nhiều công trình ñưa kim loại vào mạng [1], [2] hay gắn nhóm chức lên bề mặt [3], [11], [12] mang lại nhiều triển vọng kỹ thuật hấp phụ Gần ñây, loại vật liệu mao quản trung bình trật tự (MQTBTT) lai hợp vô - hữu ñang thu hút ñược ý ñặc biệt chức xúc tác hấp phụ tạo bên bề mặt mao quản thông qua biến tính (modification) tường mao quản nhóm chức hữu Việc nghiên cứu biến tính vật liệu MQTBTT nhóm chức hữu tạo vật liệu lai hợp vô - hữu hướng nghiên cứu mạnh mẽ giới Tuy nhiên, Việt Nam, hướng nghiên cứu ñó hạn chế Đa số công trình nghiên cứu tập trung vào việc tạo vật liệu oxit silic MQTBTT chứa kim loại chuyển tiếp nhằm tạo chất xúc tác hấp phụ [6, 7, 8] Trong ñó, có số công trình nghiên cứu chức hóa (functionalized) vật liệu nhóm chức hữu Nhất chưa có công trình nghiên cứu cách có hệ thống mối liên -3quan tính chất bề mặt vật liệu hấp phụ với tính chất chất bị hấp phụ Trên sở ñó, chọn ñề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hấp phụ số hợp chất hữu nước vật liệu SBA-15 biến tính” MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Tổng hợp SBA-15 nung ñưa Fe2O3 lên SBA-15 - Khỏa sát khả hấp phụ vật liệu xanh metylen, alizarin red S môi trường nước PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tổng hợp SBA-15 phương pháp sol-gel với việc dùng copolyme pluronic P123 chất tạo cấu trúc Tổng hợp vật liệu SBA-15 chức hóa theo phương pháp trực tiếp gián tiếp Khảo sát ñặc trưng: - Cấu trúc vật liệu ñược xác ñịnh phương pháp nhiễu xạ tia X - Hình dạng mao quản ñược nghiên cứu kính hiển vi ñiện tử truyền qua (TEM) - Diện tích bề mặt phân bố ñường kính mao quản ñược xác ñịnh hấp phụ N2 77K - Hình dạng bên hạt ñược nghiên cứu kính hiển vi ñiện tử quét (SEM) - Xác ñinh có mặt nhóm cacbonyl phổ hồng ngoại (IR) Khảo sát tính chất hấp phụ -4- Khảo sát khả hấp phụ hợp chất hữu phenol, xanh metylen, alizarin red S nồng ñộ khác cách phân tích nồng ñộ trước sau hấp phụ - Nghiên cứu ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt ñộ ñến khả hấp phụ - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian ñến khả hấp phụ Ý NGHĨA KHOA HỌC Tổng hợp ñược vật liệu SBA-15 chức hóa có tính chất bề mặt thích hợp ñể hấp phụ chất hữu nước BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Nội dung luận văn chia làm chương Chương 1: Tổng quan Chương 2: Những nghiên cứu thực nghiệm Chương 3: Kết bàn luận -5CHƯƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 VẬT LIỆU MAO QUẢN Vật liệu có cấu trúc mao quản vật liệu mà lòng có hệ thống lỗ xốp (pore) với kích thước từ vài ñến vài chục nano met phát triển Các lỗ xốp có dạng lồng (cage) ống hình trụ Việc xếp mao quản có trật tự hay không tùy thuộc vào phương pháp trình tổng hợp vật liệu Theo phân loại IUPAC, dựa kích thước mao quản vật liệu mao quản có dạng sau: + Vật liệu vi mao quản (micropore) có ñường kính mao quản nhỏ 2nm Vật liệu có ứng dụng lớn việc lọc khí môi trường phòng thí nghiệm Nhờ kích thước mao quản bé, tương tự bẫy giữ lại bào tử, vi khuẩn không khí Ngoài có nhiều ứng dụng khác + Vật liệu mao quản trung bình (mesopore) có ñường kính mao quản từ ñến 50 nm Vật liệu mao quản trung bình có nhiều ứng dụng Trong công nghiệp hóa học, có ứng dụng lớn làm xúc tác, làm vật liệu hấp phụ, + Vật liệu mao quản lớn (macropore) có ñường kính mao quản lớn 50 nm Vật liệu mao quản lớn ñược nghiên cứu nhiều ñặc tính chọn lọc cao vai trò làm xúc tác chuyển hóa chất có khối lượng phân tử cao, cấu trúc phân tử cồng kềnh, Vật liệu mao quản có lịch sử lâu ñời Đầu tiên người ta phát số khoáng nhôm silicat tự nhiên có cấu trúc trật tự với hệ thống vi mao quản phát triển chúng ñã ñược ứng dụng xúc tác hấp phụ Sau ñó nhà khoa học ñã tổng hợp vật liệu vi mao quản có cấu -6trúc mong muốn việc sử dụng hợp chất hữu chất ñiều khiển cấu trúc ñược gọi chất ñịnh hướng cấu trúc (ĐHCT) Vào năm thập niên 60, 70 kỷ trước, tổng hợp vật liệu vi mao quản zeolit thu hút mạnh ý nhà khoa học khả ứng dụng lĩnh vực xúc tác, hóa dầu, tổng hợp hữu xử lý môi trường Cũng thời gian này, nhiều vật liệu zeolit ñã ñược thương mại hóa chúng ñã ñóng góp vai trò quan trọng công nghiệp hóa chất Tuy vậy, zeolit thể nhược ñiểm ñó ñường kính mao quản bé không thích hợp với chuyển hóa phân tử có kích thước lớn, vật liệu mao quản trung bình ñã ñang thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học Vào thập kỷ 90, thành công việc tổng hợp vật liệu mao quản trung bình (MQTB) ñã mở triển vọng to lớn tổng hợp chất xúc tác hấp phụ 1.2 VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH Lịch sử tổng hợp vật liệu MQTB chia làm hai giai ñoạn Đầu tiên, vào năm 1992, nhà khoa học công ty Mobil Oil ñã phát minh họ vật liệu có kích thước mao quản từ ñến 20 nm việc sử dụng chất hoạt ñộng bề mặt chất ñịnh hướng cấu trúc [16] Tùy theo ñiều kiện tổng hợp như: chất chất hoạt ñộng bề mặt, chất chất phản ứng, nhiệt ñộ tổng hợp, giá trị pH mà kích thước cấu trúc mao quản khác ñược hình thành cấu trúc lục lăng (MCM-41), cấu trúc lập phương (MCM-48), cấu trúc lớp (MCM-50) Ngay sau ñó, ñã có bùng nổ công trình nghiên cứu biến tính tìm kiếm khả ứng dụng họ vật liệu [23] Giai ñoạn thứ hai kể ñến phát nhóm Stucky cộng việc sử dụng polymer trung hòa ñiện chất ĐHCT ñể tổng hợp họ vật liệu SBA-15 [39] -7Vật liệu có ñường kính mao quản ñồng ñều với kích thước lớn ñến lần kích thước mao quản zeolit diện tích bề mặt riêng lớn, lớn 800 m2/g Một ưu ñiểm họ vật liệu SBA-15 có kích thước mao quản lớn, tường mao quản dày nên có tính bền nhiệt thủy nhiệt cao Vì thế, họ vật liệu SBA-15 mở hướng việc ứng dụng vật liệu mao quản thực tiễn Nói chung, lịch sử tổng hợp vật liệu MQTB gắn liền với việc phát chất ĐHCT Kích thước mao quảm tăng theo kích thước phân tử chất ĐHCT Với phân tử amin muối amin ñơn giản triethylamine mao quản tương ứng ñược tạo nhỏ Với chất có kích thước phân tử lớn chất hoạt ñộng bề mặt cetyltrimetyl amonium bromua tương ứng với kích thước mao quản lớn 2-3 nm Trong lúc ñó, với chất ĐHCT lớn polymer poly(ethylen oxit)-poly(propylen oxit)-poly(ethylen oxit) mao quản ñược tạo lên ñến vài chục nano mét Trên giới, vật liệu MQTB ñang ñược nghiên cứu ứng dụng nhiều theo hướng sau: kết tinh lại mao quản chất ĐHCT thích hợp ñể kiểm soát kích thước mao quản; gắn hay tẩm lên mao quản lớp vật liệu tinh thể làm chất xúc tác ñể phát triển bề mặt vật liệu xúc tác; tinh thể hóa tường vô ñịnh hình; thay ñồng hình silic kim loại chuyển tiếp ñể thay ñổi kích thước mao quản lực axit; gắn nhóm chức lên bề mặt mao quản ñể cải thiện hoạt tính bề mặt [19] 1.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU MQTB 1.3.1 Phân loại theo cấu trúc + Cấu trúc lục lăng (hexagonal): MCM-41, SBA-15, + Cấu trúc lập phương (cubic): MCM-48, SBA-16, -8+ Cấu trúc lớp (lamellar): MCM-50, + Cấu trúc không trật tự (disordered): KIT-1, L3, 1.3.2 Phân loại theo thành phần + Vật liệu MQTB chứa silic như: MCM–41, Al–MCM–41, Ti– MCM–41, Fe–MCM–41, MCM–48, SBA–15 , SBA–16 + Vật liệu MQTB silic như: ZrO2, TiO2 MQTB, Fe2O3, 1.4 MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO THÀNH VẬT LIỆU MQTB 1.4.1 Cơ chế ñịnh hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng (Liquyd Crystal Templating) Cơ chế ñược nhà nghiên cứu hãng Mobil ñề nghị [11] ñể giải thích hình thành vật liệu M41S 1.4.2 Cơ chế xếp silicat ống (Silicate rod Assembly) 1.4.3 Cơ chế lớp silicat gấp (Silicate Layer puckering) 1.4.4 Cơ chế phù hợp mật ñộ ñiện tích (Charge Disnity Matching) 1.4.5 Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc (Cooperative Templating) 1.5 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA15 1.5.1 Tổng hợp 1.5.2 Biến tính 1.5.3 Ứng dụng vật liệu MQTB SBA-15 1.6 XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ 1.6.1 Giới thiệu thành tựu xử lý số hợp chất hữu 1.6.2 Xử lý thuốc nhuộm -10b Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ vật liệu thời gian nồng ñộ khác Đối với mẫu SBA-15n, cho vào cốc, cốc 50 mg mẫu Sau ñó thêm vào cốc 40 ml dung dịch xanh methylen 51,5; 79,75; 102; 129; 159 mg/l Khuấy ñều cốc máy khuấy từ Dừng khuấy với thời gian tương ứng t = 2; 8; 10; 12; 24 giờ, li tâm lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ lại xanh methylen c Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ Cho vào cốc, cốc mẫu 50 mg SBA-15n Sau ñó thêm vào cốc 40 ml dung dịch xanh methylen 79,75mg/l Điều chỉnh pH cốc với giá trị : 3,19; 4,98; 7,2; 8,92; 10,9 Khuấy ñều cốc máy khuấy từ 3giờ, lọc lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ lại xanh metylen d Phân tích ñịnh lượng xanh methylen Để phân tích ñịnh lượng xanh methylen, sử dụng phương pháp phân tích quang vùng UV cách ño trực tiếp, không sử dụng thuốc thử [12] Đầu tiên, dung dịch xanh methylen nước ñược ño phổ UV-VIS ñể xác ñịnh pic có cường ñộ hấp thụ lớn Sau ñó, chọn pic ñó ñể xây dựng ñường chuẩn ñịnh lượng Pic ñược chọn ñây có bước sóng 663 nm Đường chuẩn ñược xây dựng với dãy dung dịch sau: Bình ñịnh mức Thể tích dung dịch chuẩn xanh methylen 100 mg/l Thể tích cuối (ñược ñịnh mức nước cất) Nồng ñộ xanh methylen (mg/l) 1,25 2,5 3,75 100 100 100 100 100 1,25 2,5 3,75 -11Các dung dịch ño phổ UV-VIS, sau ñó xây dựng ñồ thị sư phụ thuộc cường ñộ hấp thụ theo nồng ñộ xanh methylen Phân tích xanh methylen ñược thực sau: Dung dịch xanh methylen sau hấp phụ vật liệu ñược tiến hành pha loãng ñến nồng ñộ phù hợp, ño hấp phụ phân tử dựa vào ñường chuẩn ñể suy nồng ñộ xanh methylen Từ ñó tính ñược dung lượng hấp phụ vật liệu ñối với xanh methylen theo công thức sau: q= Co − C V m Trong ñó, q: dung lượng hấp phụ (mg/g); m: khối lượng chất hấp phụ (g); Co: nồng ñộ ban ñầu xanh methylen (mg/l); C: nồng trạng thái cân xanh methylen (mg/l); V: thể tích xanh methylen (l) 2.1.4 Tiến hành hấp phụ alizarin red S a Khảo sát khả hấp phụ mẫu vật liệu ñiều chế ñược Cho vào cốc, cốc 50 mg mẫu vật liệu 2Fe2O3-SBA15, 2,7Fe2O3-SBA-15, SBA-15n, 5Fe2O3-SBA-15 Sau ñó thêm vào cốc 40 ml dung dịch alizarin red S nồng ñộ 75 mg/l Khuấy ñều cốc máy khuấy từ 24 giờ, li tâm lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ lại alizarin red S b Khảo sát thời gian ñạt cân hấp phụ vật liệu thời gian nồng ñộ khác Cho vào cốc, cốc 50 mg 2,7Fe2O3-SBA-15 Sau ñó thêm vào cốc 40 ml dung dịch alizarin red S 50; 75; 100; 125; 150mg/l Khuấy ñều cốc máy khuấy từ Dừng khuấy với thời gian tương ứng t = 2; 8; 10; 12; 24 giờ, li tâm lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ lại alizarin red S -12c Khảo sát ảnh hưởng pH ñến khả hấp phụ Cho vào cốc, cốc mẫu 50 mg 2,7Fe2O3-SBA-15 Sau ñó thêm vào cốc 40 ml dung dịch alizarin red S 50 mg/l Điều chỉnh pH cốc với giá trị : 2,88; 4,89; 5,67; 7,22; 9,0 Khuấy ñều cốc máy khuấy từ 3giờ, lọc lấy dung dịch xác ñịnh nồng ñộ lại alizarin red S d Phân tích ñịnh lượng alizarin red S Để phân tích ñịnh lượng alizarin red S, sử dụng phương pháp phân tích quang vùng UV cách ño trực tiếp, không sử dụng thuốc thử [12] Đầu tiên, dung dịch alizarin red S nước ñược ño phổ UV-VIS ñể xác ñịnh pic có cường ñộ hấp thụ lớn Sau ñó, chọn pic ñó ñể xây dựng ñường chuẩn ñịnh lượng Pic ñược chọn ñây có bước sóng 423 nm Đường chuẩn ñược xây dựng với dãy dung dịch sau: Bình ñịnh mức Thể tích dung dịch chuẩn alizarin red S 100 mg/l Thể tích cuối (ñược ñịnh mức nước cất) Nồng ñộ alizarin red S (mg/l) 10 25 50 75 100 100 100 100 100 100 10 25 50 75 100 Các dung dịch ño phổ UV-VIS, sau ñó xây dựng ñồ thị sư phụ thuộc cường ñộ hấp thụ theo nồng ñộ alizarin red S Phân tích alizarin red S ñược thực sau: Dung dịch alizarin red S sau hấp phụ vật liệu ñược tiến hành pha loãng ñến nồng ñộ phù hợp, ño hấp phụ phân tử dựa vào ñường chuẩn ñể suy -13ra nồng ñộ alizarin red S Từ ñó tính ñược dung lượng hấp phụ vật liệu ñối với alizarin red S theo công thức sau: q= Co − C V m Trong ñó, q: dung lượng hấp phụ (mg/g); m: khối lượng chất hấp phụ (g); Co: nồng ñộ ban ñầu alizarin red S (mg/l); C: nồng trạng thái cân alizarin red S (mg/l); V: thể tích alizarin red S (l) 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐẶC TRƯNG CHẤT HẤP PHỤ 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [5] 2.2.2 Phương pháp ñẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 77 K 2.2.3 Phổ hồng ngoại 2.2.4 Phương pháp phân tích nhiệt 2.2.5 Các phương pháp hiển vi ñiện tử 2.2.6 Phương pháp phổ kích thích electron (Ultra Violet – Visible: UV-Vis) CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ 3.1.1 Tổng hợp SBA-15 nung Để nghiên cứu sản phẩm chức hóa, trước hết bắt ñầu từ việc nghiên cứu tổng hợp SBA-15 Trong luận văn này, SBA-15 ñược tổng hợp với nguồn cung cấp silic TEOS sử dụng P123 chất ĐHCT Chất rắn tách trình kết tinh thủy nhiệt có cấu trúc mao quản trung bình trật tự chứa bên chất ĐHCT gọi SBA-15 dạng tổng hợp, sau loại bỏ chất ĐHCT ta thu ñược SBA-15 -14Giản ñồ nhiễu xạ tia X SBA-15 dạng tổng hợp ñược trình bày hình 3.1 cho thấy pic thứ có cường ñộ mạnh tương ứng với mặt (100) ñối xứng lục lăng (p6mm) hai pic có cường ñộ yếu tương ứng với mặt (110) (200) Hình 3.1 Giản ñồ nhiễu xạ tia X SBA-15 dạng tổng hợp Điều chứng tỏ sản phẩm tổng hợp có trật tự cao kiểu cấu trúc lục lăng mao quản trung bình Từ giá trị 2θ pic 100, số mạng ao sản phẩm tổng hợp ñược tính khoảng 10,8 nm Để có thêm thông tin cấu trúc, SBA-15 dạng tổng hợp ñược ñặc trưng TEM Hình 3.2 cho thấy vùng II hình ảnh mặt cắt ngang mao quản trung bình, vùng I tương ứng với mặt cắt dọc theo mao quản Hình ảnh cho thấy tính ñối xứng trật tự cao sản phẩm Từ hình ảnh TEM này, khoảng cách tâm mao quản ñược ước tính khoảng 10 nm Kết hoàn toàn phù hợp với số mạng có ñược từ XRD -15- Hình 3.2 Ảnh TEM SBA-15 dạng tổng hợp Hình thái sản phẩm ñược ñặc trưng SEM Hình 3.3 cho thấy vật liệu SBA-15 gồm sợi với ñường kính khoảng µm dính kết lại với nhau, kết phù hợp với nhiều công trình công bố [18], [39] Hình 3.3 Ảnh SEM SBA-15 dạng tổng hợp Tính chất xốp cấu trúc mao quản SBA-15 ñược nghiên cứu thêm phép ño ñẳng nhiệt hấp phụ giải hấp phụ nitơ 77 K Hình 3.4 hình dạng ñường cong hấp phụ-giải hấp phụ thuộc dạng loại IV theo phân loại IUPAC [27], ngưng tụ mao quản rõ ràng xảy -16ở áp suất tương ñối 0,42 Điều chứng tỏ vật liệu SBA-15 tổng hợp ñược có cấu trúc mao quản trung bình Đường phân bố kích thước mao quản hẹp có cường ñộ lớn chứng tỏ có hệ thống mao quản ñồng ñều với kích thước 6,6 nm hình 3.5 Diện tích bề mặt BET ñược tính khoảng 800 m2/g Hình 3.4 Đường ñẳng nhiệt hấp phụ-giải hấp phụ N2 77K SBA-15 Hình 3.5 Phân bố ñường kính mao quản SBA-15 -17SBA-15 dạng tổng hợp ñược ñặc trưng phân tích nhiệt trọng lượng Kết phân tích cho thấy trình trọng lượng chia làm giai ñoạn: (i) từ nhiệt ñộ phòng ñến 100 oC, (ii) từ 100 – 500 oC Giai ñoạn thứ nhất, khoảng 3%, nước hấp phụ vật lý, giai ñoạn thứ hai chiếm tỉ lệ trọng lượng chính, khoảng 32%, tương ứng với phân hủy chất ĐHCT Các kết phân tích hóa lý cho thấy vật liệu SBA-15 tổng hợp ñược vật liệu mao quản trung bình hệ lục lăng có ñộ trật tự cao diện tích bề mặt lớn Chúng dựa kết ñể nghiên cứu tổng hợp sản phẩm chức hóa phần sau Hình 3.6 Giản ñồ phân tích nhiệt trọng lượng TG – DTG SBA-15 dạng tổng hợp Để chứng minh SBA-15 dạng tổng hợp có mặt chất ĐHCT P123, SBA-15 dạng tổng hợp ñược ñặc trưng hồng ngoại kết ñược trình bày hình 3.7 -18- §é truyÒn qua (%) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -1 Sè sãng (cm ) (A) 80 §é truyÒn qua (% ) 70 60 50 40 30 20 10 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 -1 Sè sãng (cm ) (B) Hình 3.7 Phổ IR P123(A) SBA-15(B) So sánh phổ A B hình 3.7 cho thấy tất pic chất ĐHCT P123 ñều xuất phổ IR SBA-15, ñặc biệt, pic -19tương ứng với dao ñộng có cường ñộ mạnh từ 500 – 2000 cm-1 xung quanh 3000 cm-1 ñặc trưng cho có mặt chất ĐHCT P123 nhiều tài liệu tham khảo ñã trích dẫn [30] Điều minh chứng diện P123 SBA-15 dạng tổng hợp 3.1.2 Tổng hợp nFe2O3-SBA-15 Đặc trưng Tem nFe2O3-SBA-15 -20- Hình 3.13 Hình ảnh TEM 2Fe2O3- SBA-15 (a); 2,7Fe2O3- SBA-15 (b); 5Fe2O3- SBA-15 (c) Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ xanh methylen SBA-15n, 2Fe2O3-SBA-15 5Fe2O3-SBA-15 theo thời gian Hình 3.14 Khả hấp phụ xanh methylen theo thời gian SBA15n, 2Fe2O3-SBA-15 5Fe2O3-SBA-15 Từ ñồ thị Hình 3.14 ta thấy SBA-15n hấp phụ xanh methylen tốt Vì ta chọn SBA-15n ñể nghiên cứu hấp phụ xanh methylen -21Bảng 3.1: Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc ñến dung lượng hấp phụ nồng ñộ ñầu xanh methylen 51,5; 79,75; 102; 129; 159 mg/l Thời gian (phút) 30 60 90 120 150 180 qt(mg/g) qt(mg/g) qt(mg/g) qt(mg/g) qt(mg/g) 30.96 34.32 39.31 40.49 40.5 40.52 40.6 51.75 61.42 62.66 62.88 62.9 51.08 64.27 77.15 80.12 80.17 80.2 71.6 88.48 100.37 101.35 101.38 101.42 81.6 100.88 124.09 124.57 124.65 124.7 Nếu biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian thu ñược ñường cong hình 3.33 Hình 3.15 Khả hấp phụ xanh methylen SBA-15n nồng ñộ theo thời gian Đồ thị biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ alizarin red S SBA-15n; 2Fe2O3-SBA-15; 2,7Fe2O3-SBA-15 5Fe2O3-SBA-15 theo thời gian -22- Hình 3.31 Khả hấp phụ alizarin red S theo thời gian SBA-15n, 2Fe2O3-SBA-15, 2,7Fe2O3-SBA-15 5Fe2O3-SBA-15 Từ ñồ thị Hình 3.23 ta thấy 2,7Fe2O3-SBA-15n hấp phụ alizarin red S tốt Vì ta chọn 2,7Fe2O3-SBA-15n ñể nghiên cứu hấp phụ alizarin red S Bảng 3.5:Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc ñến dung lượng hấp phụ nồng ñộ ñầu alizarin red S 49,41; 78,61; 97,98; 125,14; 147,96 mg/l Thời gian qt qt (giờ) (mg/g) (mg/g) qt (mg/g) qt (mg/g) qt (mg/g) 5.39 12.73 20.01 28.81 36.14 10.19 21.08 28.26 40.28 51.88 10 11.11 21.77 29.13 40.75 51.94 12 11.21 21.83 29.15 40.86 51.96 24 11.57 21.97 29.16 40.86 51.98 Nếu biểu diễn phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian thu ñược ñường cong hình 3.32 -23- Hình 3.32 Khả hấp phụ alizarin red S 2,7Fe2O3-SBA-15n nồng ñộ theo thời gian 3.2 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ XANH METHYLEN TRONG NƯỚC 3.2.1 Phương pháp xác ñịnh nồng ñộ xanh methylen 3.2.2 Xác ñịnh thời gian cân quy luật ñộng học hấp phụ 3.2.3 Đẳng nhiệt hấp phụ 3.2.4 Ảnh hưởng pH ñến hấp phụ 3.3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ ALIZARIN RED S TRONG NƯỚC 3.3.1 Phương pháp xác ñịnh nồng ñộ alizarin red S 3.3.2 Xác ñịnh thời gian cân quy luật ñộng học hấp phụ 3.3.3 Đẳng nhiệt hấp phụ 3.3.4 Ảnh hưởng pH ñến hấp phụ -24KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Một số kết luận ñược rút từ kết luận văn sau: Vật liệu mao quản SBA-15n ñã ñược tổng hợp với kết tốt Kết ñược minh chứng ñặc trưng XRD, IR, TEM SEM Vật liệu SBA-15n ñã ñược dùng chất mang với chất mang Fe2O3 có nồng ñộ khác (nFe2O3-SBA-15) Các vật liệu thu ñược cấu trúc hình thái SBA-15n với tính chất bề mặt khác so với SBA-15n SBA-15n nFe2O3-SBA-15 ñược dùng ñể hấp phụ xanh methylen Kết SBA-15n hấp phụ tốt Sự hấp phụ xanh methylen SBA-15n tuân theo phương trình ñộng học bậc ñẳng nhiệt hấp phụ Freundlich Ảnh hưởng pH ñược khảo sát kết luận ñược rút dung lượng hấp phụ tăng khoảng từ 3,19 ñến 7,2 sau ñó không ñổi pH cao SBA-15n; 2Fe2O3-SBA-15; 2,7Fe2O3-SBA-15; 5Fe2O3-SBA-15 ñược dùng ñể khảo sát hấp phụ alizarin red S Kết vật liệu 2,7Fe2O3-SBA-15 có dung lượng hấp phụ cao Sự hấp phụ alizarin red S 2,7Fe2O3-SBA-15 hấp phụ tuân theo quy luật ñộng học ñẳng nhiệt hấp phụ Freundlich phương trình ñộng học bậc Khảo sát ảnh hưởng pH dung lượng giảm khoảng từ 2,88 ñến 5,67 sau ñó giảm không ñáng kể pH cao KIẾN NGHỊ Nếu có thời gian nghiên cứu ñể hấp phụ thêm số hợp chất hữu ñộc hại khác môi trường nước ... hữu Nhất chưa có công trình nghiên cứu cách có hệ thống mối liên -3quan tính chất bề mặt vật liệu hấp phụ với tính chất chất bị hấp phụ Trên sở ñó, chọn ñề tài: Nghiên cứu ứng dụng hấp phụ số. .. THIỆU VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH SBA15 1.5.1 Tổng hợp 1.5.2 Biến tính 1.5.3 Ứng dụng vật liệu MQTB SBA-15 1.6 XỬ LÝ MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ 1.6.1 Giới thiệu thành tựu xử lý số hợp chất hữu 1.6.2... phụ số hợp chất hữu nước vật liệu SBA-15 biến tính MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Tổng hợp SBA-15 nung ñưa Fe2O3 lên SBA-15 - Khỏa sát khả hấp phụ vật liệu xanh metylen, alizarin red S môi trường nước