Tổng hợp vật liệu oxit nano mgo và nghiên cứu khả năng khử các chất màu hoạt tính chứa nhóm AZO và anthraquinone trong nước thải dệt nhuộm

CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU NANO [3] Nanomet kích thước nhỏ vật chất mà người sáng chế Công nghệ nano dần len tới lĩnh vực khoa học công nghệ đời sống Tuy lĩnh vực công nghệ lại có cho bước tiến mạnh mẽ Điều có thuộc tính ưu việt mà công nghệ đem lại cho Về “công nghệ nano “ ngành công nghệ liên quan tới việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống thơng qua việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet (1nm=10-9 m) Sản phẩm công nghệ vật liệu nano với ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Ta cần nắm khái niệm vật liệu nano Vật liệu nano có chiều có kích thước nanomet, trạng thái, trạng thái rắn, lỏng, khí Về hình dáng ta phân loại sau : Vật liệu nano không chiều : ba chiều có kích thước nano, ví dụ: đám nano, hạt nano… Vật liệu nano chiều : vật liệu có hai chiều có kích thước nano, ví dụ : đám nano, hạt nano… Vật liệu nano hai chiều : vật liệu có chiều kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng… Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite phần vật liệu có cấu trúc nanomet, hay cấu trúc khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Tính chất thú vị vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước hạt nhỏ bé so sánh với kích thước tới hạn nhiều tính chất hố lý vật liệu Vật liệu nano nằm tính chất lượng tử nguyên tử tính chất khối vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn tính chất nhỏ so với kích thước vật liệu, với vật liệu nano điều khơng cịn đúng, điều giải thích xuất tính chất riêng loại vật liệu Vật liệu nano chế tạo đa dạng phong phú với nhiều loại, hình dạng khác Nó bao gồm loại vật liệu tinh thể nano kim loaị, nano hợp kim, vật liệu nano composite, vật liệu oxit nano… Các vật liệu chế tạo dạng hạt nano, sợi nano, ống nano hay màng nano…, chúng có ứng dụng riêng cho loại Ngày nay, công nghệ chế tạo vật liệu nano theo hai đường : phương pháp từ xuống (top_down) phương pháp từ lên (bottom_up), đó: - Phương pháp từ xuống phương pháp tạo hạt kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn, nguyên lý, phương pháp dùng kỹ thuật nghiền, biến dạng để đưa vật liệu từ thể khối với kích thước hạt lớn tới kích thước nanomet Phương pháp đơn giản, rẻ tiền, chế tạo đa dạng, hiệu tương đối cao Tuy vậy, độ đồng vật liệu tương đối thấp, vật liệu có hình dáng chủ yếu dạng hạt hay dạng dây - Phương pháp từ lên hình thành vật liệu từ hạt nguyên tử hay ion Việc phát triển vật liệu nano theo phương pháp phát triển mạnh mẽ, kỹ thuật giúp người tạo hình thái vật liệu mà người mong muốn Phần lớn vật liệu nano tạo theo đường này, phương pháp bottom_up phương pháp vật lý, hoá học kết hợp hoá_lý Vật liệu nano ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học, đời sống Trong phát triển công nghiệp nay, tập đoàn sản xuất điện tử đưa công nghệ nano vào ứng dụng sản xuất nhằm tạo sản phẩm có tính cơng nghệ cao, tính cạnh tranh lớn từ máy nghe nhạc chip có tốc độ xử lý cực nhanh… Trên lĩnh vực y học, để chữa bệnh ung thư người ta đưa phân tử thuốc đến tế bào ung thư thông qua hạt nano đóng vai trị thuốc dẫn nhờ tránh hiệu ứng phụ với tế bào lành Y học nano ngày tiến tới mục tiêu loại bỏ bệnh nan y khó chữa HIV, ung thư hay bệnh phổ biến béo phì, tiểu đường…Đối với lĩnh vực hố học bảo vệ mơi trường, lĩnh vực mối quan tâm chung với nhân loại Trong công nghiệp phát triển, việc xử lý chất thải công nghiệp bảo vệ môi trường sống yêu cầu cấp thiết chung cần đảm bảo Vật liệu nano tỏ rõ vượt trội với chất xúc tác, chất hấp phụ nano có khả xử lý chất thải đạt hiệu cao Trong lĩnh vực vật liệu mới, lĩnh vực quan tâm nhiều nhằm tìm vật liệu mới, nguồn lượng có tính chất tốt nhằm thay chất liệu cũ dần khan Vật liệu nano ưu tiên hàng đầu với kết pin mặt trời, vật liệu gốm cách điện cải tiến… Trong lĩnh vực an ninh quốc phòng ưu điểm vật liệu nano ứng dụng để chế tạo loại vũ khí tối tân có sức cơng phá lớn gấp nhiều lần Tóm lại, vật liệu nano ngày thể ưu việt lớn mạnh không ngừng khoa học kỹ thuật đại Những hướng đi, phương pháp nhằm tổng hợp ứng dụng loại vật liệu chủ đề nóng quan tâm nhà khoa học giới I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU NANO OXIT MgO VÀ ỨNG DỤNG I.2.1 Cấu trúc magiê oxit Magie oxit chất rắn màu trắng không mùi, tự nhiên tồn dạng khống Có cơng thức MgO, tạo liên kết ion nguyên tử Mg nguyên tử O Đây chất dễ hút ẩm, có phản ứng: MgO + H2O = Mg(OH)2, cần nung lại thu MgO.[10] Thông số bao gồm : M = 40,3044 g/mol; nhiệt độ nóng chảy 2.852 o C; nhiệt độ sôi 3.600oC; độ hoà tan nước 0,086 g/l Tinh thể MgO có cấu trúc mạng sở lập phương tâm mặt giống với cấu trúc ô mạng tinh thể NaCl Ơ mạng sở có số phối trí 6,trong ion Mg2+ O2- có số phối trí Trong mạng sở, ion Mg2+ xếp vị trí cấu trúc bát diện, ion O2- xếp vị trí khối lập phương, liên kết mạng liên kết ion có tính đối xứng cao.[8] Mg2+ O2- 1.2.2 Ứng dụng vật liệu magiê oxít Oxít magiê (MgO) oxit kim loại kiềm thổ quan trọng nhất, có nhiều tính đặc biệt độ bền nhiệt, khả chống ăn mòn cao, khơng có độc tính, vật liệu thân thiện mơi trường MgO ứng dụng nhiều lĩnh vực khác xúc tác, xử lý môi trường, kỹ thuật y sinh chất phụ gia cho số sản phẩm sơn, gạch chịu lửa, nhựa chịu nhiệt, v.v…[18, 33] Với đặc điểm bề mặt riêng lớn, MgO sử dụng chất xúc tác, chất mang hiệu nhiều phản ứng khác chất hấp phụ tốt để xử lý chất nhiễm mơi trường [22] Ví dụ: phản ứng oxi hóa propan V2O5/MgO [12], phản ứng oxi hóa butan VOx/MgO [16] (MgO với vai tị chất mang), phản ứng hấp phụ SO2 MgO [23], phản ứng xử lý hấp phụ chất hữu clo [24] MgO, v.v… MgO với vai trò chất xúc tác hấp phụ chất ô nhiễm môi trường I.2.3 Khả ứng dụng vật liệu MgO xử lý màu dệt nhuộm [19] Công nghệ dệt nhuộm xuất từ lâu ngày phát triển Những hiệu ngành công nghiệp đem lại cho người to lớn Tuy vậy, có mặt trái định Một vấn đề nóng xoay quanh ngành cơng nghiệp vấn đề nước thải dệt nhuộm Nước thải ngành công nghiệp từ nhà máy sản xuất thuốc nhuộm ln có chứa lượng thuốc nhuộm đáng kể Thuốc nhuộm hợp chất hữu bao gồm hai nhóm hợp chất chính, chromophore có nhiệm vụ tạo màu auxochrome tạo cường độ màu Thuốc nhuộm phân loại theo cấu trúc hoá học ứng dụng, chromophore có 20-30 nhóm khác phân biệt Với azo, anthraquinone, phthalocyanine triarylmethane nhóm quan trọng Thuốc nhuộm hóa chất gây nhiễm chúng độc, gây kích ứng da mắt, chất gây ung thư Chúng đưa màu vào nước làm cản trở truyền ánh sáng dẫn đến làm ảnh hưởng trình trao đổi chất, gây phá hủy môi trường sống hệ sinh thái Một số ngành công nghiệp dệt nhuộm, giấy nhựa dẻo sử dụng thuốc nhuộm để tạo màu sản phẩm, kết ngành cơng nghiệp tạo nước thải có màu điều khơng thể tránh khỏi trình sản xuất Việc loại bỏ màu nước thải vấn đề quan trọng, đặc biệt vài năm gần hậu môi trường chất thải dệt nhuộm gây đáng kể Có nhiều phương pháp khác sử dụng để xử lý chất màu nước thải, nhiên có phương pháp xử lý (i) Phương pháp vật lý (sử dụng trình lắng kết hợp lọc để tách loại bỏ chất màu có kích thước lớn) (ii) Phương pháp hóa học: Xử lý chất màu ô nhiễm chất đông keo tụ muối Al3+, Ca2+, Fe3+ Xử lý chất màu cách sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh Clo, hypoclorít, oxy già H2O2, ozon, chất oxy hóa hiệu cho q trình xử lý chất màu ô nhiễm (iii) Phương pháp sinh học: Xử lý chất màu ô nhiễm phương pháp sinh học, có sử dụng số vi sinh học thích hợp để phân hủy chất màu q trình hiếu khí yếm khí Được sử dụng phổ biến xử lý nước thải dệt nhuộm, phương pháp có ưu điểm chi phí xử lý thấp sản phẩm cuối q trình xử lý khơng độc hại (iv) Phương pháp hấp phụ Hấp phụ trình hút chất bề mặt vật liệu xốp nhờ lực bề mặt Các vật liệu xốp gọi chất hấp phụ, chất bị hút gọi chất bị hấp phụ.[1] Hấp phụ trình ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm nhiều lĩnh vực chế biến khác; từ việc tách triệt để chất khí có hàm lượng thấp, tẩy màu, tẩy mùi dung dịch đến hấp phụ chất độc hại nước khí thải Đặc biệt hấp phụ phương pháp xử lý có hiệu cao việc loại bỏ chất thải màu ô nhiễm, thiết bị xử lý đơn giản, dễ thao tác Một vài dạng chất hấp phụ ứng dụng để tách màu nước thải [1114], đó, cacbon hoạt tính nghiên cứu rộng rãi để xử lý chất ô nhiễm màu có diện tích bề mặt riêng cao (500-2000 m2.g-1) [16], hạn chế giá thành cao Các nghiên cứu gần tập trung hướng phát triển vật liệu hấp phụ có khả hấp phụ cao giá thành thấp Vật liệu kích thước hạt nano có diện tích bề mặt riêng cao, vật liệu có tiềm ứng dụng xử lý môi trường, đặc biệt xử lý chất màu nhiễm Oxít magiê MgO, nói riêng, vật liệu tiềm ứng dụng làm chất hấp phụ hoạt tính bề mặt cao khả hấp phụ cao [26] Hơn nữa, điểm đẳng điện MgO pH = 12,4 [18], MgO chất hấp phụ thích hợp chất màu anion Trong luận văn này, nghiên cứu tổng hợp MgO kích thước hạt nano phương pháp thủy nhiệt bước đầu nghiên cứu khả hấp phụ chất màu xanh hoạt tính (RB 19) vật liệu MgO I.3 PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO MgO Do có nhiều ứng dụng quan trọng nên nghiên cứu chế tạo vật liệu MgO thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học lĩnh vực vật liệu học Cho đến có nhiều nghiên cứu đề cập đến tổng hợp vật liệu MgO với cấu trúc khác dạng ống, dạng sợi, dạng que dạng hạt [32] Tuy nhiên để ứng dụng làm chất xúc tác hấp phụ MgO dạng hạt sợi thích hợp có diện tích bề mặt riêng cao Vật liệu nano MgO điều chế nhiều phương pháp khác phương pháp sol- gel, đồng kết tủa, vi sóng phương pháp thủy nhiệt [32-30] Trong phương pháp thủy nhiệt có nhiều ưu điểm trội đơn giản, dễ thực điều kiện phịng thí nghiệm, sản phẩm tạo có độ tinh khiết cao, đồng đặc biệt phương pháp thủy nhiệt điều khiển hình thái kích thước hạt I.3.1 Giới thiệu chung phương pháp thủy nhiệt [15] Kỹ thuật thuỷ nhiệt trở thành công cụ quan trọng để chế biến vật liệu tiên tiến, đặc biệt lợi việc xử lý cấu trúc nano cho vật liệu với nhiều ứng dụng công nghệ điện tử, quang điện, xúc tác, gốm sứ, lưu trữ liệu từ, y sinh, phát quang sinh học Kỹ thuật thuỷ nhiệt không giúp xử lý tinh thể nano đơn phân tán đồng cao, mà đóng vai trị kỹ thuật hấp dẫn cho việc chế biến vật liệu nano ghép phức hợp Thuật ngữ “thuỷ nhiệt” hoàn toàn có nguồn gốc từ địa chất Nó sử dụng lần nhà địa chất người Anh, Roderick Murchison (1792-1871) để mô tả hoạt động nước nhiệt độ áp suất cao, gây biến đổi vỏ trái đất dẫn đến hình thành loại đá khác khống chất Nó biết đơn tinh thể lớn hình thành tự nhiên (tinh thể beri > 1000 g) số lượng lớn đơn tinh thể tạo người thí nghiệm nhanh (tinh thể thạch anh khoảng vài nghìn gam) có nguồn gốc nhiệt Sự gia cơng thuỷ nhiệt định nghĩa phản ứng khác pha có mặt dung dịch với dung mơi nước khống hóa điều kiện áp suất nhiệt độ cao để hoà tan, tái kết tinh (phục hồi) vật liệu thường không tan điều kiện thường Trong số công nghệ ngày gia công vật liệu tiên tiến, công nghệ thuỷ nhiệt chiếm vị trí độc tơn lợi so với cơng nghệ truyền thống Nó bao gồm trình tổng hợp thuỷ nhiệt, điều chế tinh thể cực mịn, đơn tinh thể lớn, chuyển đổi thuỷ nhiệt, phân tích thuỷ nhiệt, ổn định cấu trúc thuỷ nhiệt, tách nước thuỷ nhiệt, xử lý thuỷ nhiệt, cân pha thuỷ nhiệt, tái chế thuỷ nhiệt Thuỷ nhiệt vật liệu tiên tiến có nhiều thuận lợi sử dụng để đưa sản phẩm có độ tinh khiết, đồng đối xứng cao, hợp chất không ổn định với nhiều tính chất độc đáo, thu hẹp kích thước hạt phân bố, nhiệt độ kết tinh thấp hơn, thành phần siêu hiển vi tới kích thước nano, với phân bố kích thước hẹp, sử dụng thiết bị đơn giản, đòi hỏi lượng thấp, thời gian phản ứng nhanh, thời gian tồn ngắn nhất, cho lớn lên tinh thể với thay đổi hình dạng, với tính tan thấp, loạt ứng dụng khác Ngày nay, kết hợp công nghệ cao thủy nhiệt vi sóng, siêu âm, điện hố… làm tăng động lực q trình thuỷ nhiệt, với thời gian giảm tới 3-4 lần điều làm cho kỹ thuật thuỷ nhiệt tinh tế Với nhu cầu ngày cao cho cấu trúc nano, công nghệ thuỷ nhiệt đưa phương pháp cho việc bao phủ nhiều hợp chất kim loại, polime gốm sứ sản xuất bột gốm sứ với số lượng lớn Bây lên cơng nghệ 10 tiên phong cho việc xử lý vật liệu tiên tiến cho công nghệ nano Trên tổng thể, công nghệ thuỷ nhiệt kỷ 21 liên kết tất công nghệ quan trọng công nghệ địa hóa, cơng nghệ sinh học, cơng nghệ nano cơng nghệ vật liệu tiên tiến Hình 1.1 Cơng nghệ thuỷ nhiệt kỷ 21 Việc xử lý thuỷ nhiệt vật liệu phần giải pháp chế biến mơ tả trình chế biến siêu nhiệt dung dịch nước Hình 1.2 cho thấy đồ áp suất - nhiệt độ nhiều kỹ thuật xử lý vật liệu khác Theo đó, gia cơng thuỷ nhiệt vật liệu tiên tiến cho mơi trường tốt Mặt khác, để chế biến vật liệu nano, công nghệ thuỷ nhiệt cung cấp lợi đặc biệt tính điều khiển cao khả khuếch tán dung môi mạnh bình thường hệ kín Vật liệu nano địi hỏi phải kiểm sốt đặc tính hóa lý chúng, chúng sử dụng làm vật liệu chức Khi kích thước giảm xuống cỡ nanomet, vật liệu xuất tính chất vật lí: tăng độ bền học, tăng khả khuếch tán, tăng tỷ nhiệt điện trở suất so với hạt có kích thước lớn kết lượng tử hóa Kỹ thuật thuỷ nhiệt lý tưởng cho việc chế biến bột mịn với độ tinh khiết cao, kiểm sốt hóa học lượng pháp, chất lượng cao, phân bố kích thước hạt hẹp, kiểm sốt hình dạng, tính đồng nhất, lỗi hơn, đặc khít hơn, hơn, kiểm soát cấu trúc micro, khả phản ứng cao, dễ kết tinh Hơn nữa, kỹ thuật tạo 11 điều kiện cho vấn đề tiết kiệm lượng, việc sử dụng thiết bị dung tích lớn hơn, kiểm sốt hạt nhân tốt hơn, Hình 1.2 Bản đồ nhiệt độ áp suất kỹ thuật gia công vật liệu tránh ô nhiễm, độ phân tán cao hơn, tốc độ phản ứng lớn hơn, kiểm sốt hình dạng tốt vận hành nhiệt độ thấp với có mặt dung mơi Trong cơng nghệ nano, kỹ thuật thuỷ nhiệt có quy trình xử lý vật liệu sắc bén, lý tưởng cho việc gia cơng tạo hạt Hình 1.3 cho thấy khác biệt lớn sản phẩm thu nghiền, kết tinh đốt cháy theo phương pháp thuỷ nhiệt Điều lý giải phương pháp thuỷ nhiệt lại phương pháp hiệu sử dụng rộng rãi Hình 1.3 Sự khác hạt trình thuỷ nhiệt truyền thống 12 Hiệu suất khử RB 19, % Khối lượng MgO,g Hình 3.11 Ảnh hưởng lượng MgO lên độ chuyển hóa chất màu RB 19   Ảnh hưởng hàm lượng chất hấp phụ MgO lên hiệu suất khử màu nghiên cứu điều kiện: nồng độ ban đầu chất màu Co= 0,1 g/l, pH dung dịch 7, thời gian phản ứng 20 phút, với hàm lượng MgO thay đổi khoảng 0,005-0,12 g Sau thời gian phản ứng dung dịch đông tụ để lắng, phần dung dịch sau lắng đem phân tích để xác định lượng chất màu cịn dư Kết trình bày Hình 3.11 cho thấy với hàm lượng MgO 0,005 g hiệu suất khử RB 19 đạt 24,22% Khi hàm lượng MgO tăng hiệu suất khử màu tăng lên, với hàm lượng MgO 0,1 g hiệu suất khử màu đạt giá trị cao 98,51% Điều chứng tỏ với hàm lượng 0,1g MgO số lượng tâm hoạt tính đủ để hấp phụ phân tử RB19 có mặt dung dịch, sau tăng hàm lượng MgO đến giá trị 0,12 g không làm tăng hiệu suất khử màu Do đó, hàm lượng MgO tối ưu trình khử MgO 0,1 g, sau đạt giá trị tối ưu hiệu suất khử màu không phụ thuộc vào hàm lượng MgO 48 III.3.1.2 Ảnh hưởng pH dung dịch lên hiệu suất khử RB 19 Các thí nghiệm thực điều kiện: nồng độ ban đầu chất màu Co= 0,1g/l, thời gian phản ứng 20 phút, hàm lượng MgO 0,1g, pH dung dịch thay đổi khoảng từ 3- 12 Kết trình bày Hình 3.12 cho thấy hiệu suất khử RB 19 đạt 98% hầu hết giá trị pH nghiên cứu, nhiên pH= 12 hiệu suất khử RB 19 giảm nhẹ đạt 96,59% Điều giải thích điểm đẳng điện MgO pH= 12,4, khoảng pH nghiên cứu tách chất màu RB 19 lực hút tĩnh điện phần tử chất màu (mang điện tích âm) với tâm hoạt tính bề mặt MgO (tích điện dương) Kết nghiên Hiệu suất khử RB 19, % cứu cho thấy, hiệu suất khử RB 19 không phụ thuộc vào pH pH Hình 3.12 Ảnh hưởng pH dung dịch lên hiệu suất khử RB 19 III.3.1.3 Ảnh hưởng thời gian phản ứng lên hiệu suất khử RB 19 Thời gian phản ứng (hay thời gian tiếp xúc chất màu xử lý chất hấp phụ) thông số quan trọng ảnh hưởng trình hấp phụ Do ảnh hưởng thời gian phản ứng lên khử chất màu RB 19 nghiên cứu Các thí nghiệm thực điều kiện: Co= 0,1 g/l, hàm lượng MgO 0,1g, pH= 7,76, thời gian 49 phản ứng thay đổi khoảng từ 1- 20 phút Kết (Hình 3.13) cho thấy sau thời gian phút tiếp xúc hiệu suất khử RB 19 đạt 72%, sau thời gian tiếp xúc tăng hiệu suất khử RB 19 tăng dần, đạt 97% với thời gian tiếp xúc 15 phút, đạt 98% với thời gian tiếp xúc 20 phút Sau hiệu suất khử giảm chút đạt khoảng 96%, với thời gian phản ứng 25 phút Do thời gian tối ưu khử RB 19 vật liệu MgO tổng hợp 20 phút, xem thời điểm hấp phụ RB 19 MgO đạt trạng thái cân Hiệu Hieu suấtsuat khử khuRB RB,19, % % 100 90 80 70 60 50 10 15 20 25 Thoi gianphản phan ung, Thời gian ứng,min phút Hình 3.13 Ảnh hưởng thời gian phản ứng lên hiệu suất khử RB 19 III.3.1.4 Ảnh hưởng nồng độ chất màu lên hiệu suất khử RB 19 Nồng độ chất màu yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình hấp phụ, ảnh hưởng nồng độ chất màu RB 19 lên hiệu suất khử RB 19 thực điều kiện tối ưu: hàm lượng MgO 0,1g; thời gian phản ứng 20 phút; pH= 7,76, với nồng độ màu thay đổi khoảng từ 0,05- 0,3 g/l Các kết trình bày Hình 3.14 cho thấy hiệu suất khử RB 19 đạt giá trị cao 99% với nồng độ ban đầu RB 19 0,05 g/l 98% nồng độ RB 19 0,1 g/l Sau đó, hiệu suất 50 khử RB 19 giảm dần từ 97% (với Co RB 19 0,15 g/l) đến 84% (với Co = 0,3 g/l) Kết nghiên cứu cho thấy MgO chất hấp phụ tốt RB 19, nồng độ màu tối ưu hấp phụ cực đại 0,1 g/l Hieu suat khu RB19, % Hiệu suất khử RB 19, % 100 90 80 70 60 50 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 Nong chat mau RB19, g/l Nồng độ chất màu RB19, g/l Hình 3.14 Ảnh hưởng nồng độ chất màu lên hiệu suất khử RB19 Từ thí nghiệm cho phép xác định điều kiện tối ưu phản ứng khử chất màu RB19 vật liệu MgO tổng hợp là: - Hàm lượng MgO: 0,1g - Độ pH khoảng rộng từ 3-12 (chọn pH = 7,76 pH dung dịch màu) - Thời gian phản ứng 20 phút - Nồng độ ban đầu dung dịch màu 0,1g/l Chúng tiếp tục khảo sát xác định lực hấp phụ RB 19 MgO điều kiện tối ưu phản ứng xác định III.3.2 Xác định lực hấp phụ chất màu hoạt tính RB 19 vật liệu MgO 51 Phần thí nghiệm thực tất mẫu MgO tổng hợp điều kiện thủy nhiệt 180oC, không thêm CTAB, có thêm CTAB Các kết nghiên cứu hấp phụ RB 19 vật liệu MgO phân tích theo hai mơ hình Langmuir Freundlich trình bày Hình 3.15, 3.16, 3.17, 3.18 Các số đặc trưng cho hấp phụ RB 19 vật liệu tổng hợp MgO theo hai mơ hình tính tốn từ đồ thị tuyến tính hồi quy, trình bày Bảng 3.2 Đối với mơ hình Langmuir giá trị qmax b xác định từ độ nghiêng tung độ điểm cắt đường Ce/qe- Ce (xem Hình 3.15 3.16); mơ hình Freundlich giá trị KF n xác định từ đường logqe-logCe (Hình 3.17 3.18) Kết cho thấy, trị số (hệ số xác định độ bội) R2 hai mơ hình cao, chứng tỏ hai mơ hình Langmuir Freundlich thích hợp để mơ tả hấp phụ RB 19, nhiên R2 đường đẳng nhiệt theo mơ hình Langmuir cao so với Freundlich, điều chứng tỏ mơ hình Langmuir phù hợp để mô tả hấp phụ RB 19 vật liệu MgO tổng hợp Điều cho phép giả thuyết hấp phụ RB 19 bề mặt MgO đơn lớp, bề mặt chất hấp phụ đồng Từ mơ hình Langmuir cho phép xác định lực hấp phụ cực đại qmax RB 19 tất mẫu nghiên cứu Hai mẫu 0CTAB 2,2CTAB có qmax lớn đạt 250 mg RB 19/ g MgO, mẫu 1,5CTAB có qmax= 166 mg 2,9CTAB có qmax= 200 mg Kết cho thấy, lực hấp phụ phụ thuộc diện tích mao quản trung bình, hai mẫu 0CTAB 2,2CTAB có Smeso cao nên qmax hai mẫu đạt giá trị cao Còn hai mẫu 1,5CTAB 2,9CTAB có qmax thấp diện tích Smeso thấp so với hai mẫu cịn lại Mẫu 2,9CTAB có qmax cao 15,CTAB, cho dù Smeso 2,9CTAB thấp 1,5CTAB, SBET 2,9CTAB cao nhiều so SBET 1,5CTAB 52 Bảng 3.2 Năng lực hấp phụ cực đại số xác định từ đường đẳng nhiệt mẫu MgO Mẫu Langmuir Freundlich qmax b R2 KF n R2 0CTAB 250 0.33 0,988 74 2.86 0,84 1,5CTAB 166 0.146 0,969 45.5 2.77 0,80 2,2CTAB 250 0.4 0,989 84 3.2 0,91 2,9CTAB 200 0.42 0,968 79 0,79 0.35 Ce/qe 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0CTAB 0.05 1.5CTAB 0 10 20 30 40 50 Ce Hình 3.15 Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mơ hình Langmuir mẫu 0CTAB 1,5 CTAB 53 0.3 0.25 Ce/qe 0.2 0.15 0.1 2.9CTAB 0.05 2.2CTAB 0 10 20 Ce 30 40 50 Hình 3.16 Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mơ hình Langmuir mẫu 2,2CTAB 2,9 CTAB 2.5 Ce/qe 1.5 1.5CTAB 0.5 0CTAB 0 0.5 1.5 Ce Hình 3.17 Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mơ hình Freundlich mẫu 0CTAB 1,5 CTAB 54 2.5 Logqe 1.5 2.2CTAB 0.5 2.9CTAB ‐0.1 0.4 0.9 1.4 1.9 LogCe Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mơ hình Freundlich mẫu 2,2CTAB 2,9 CTAB Từ đường đẳng nhiệt Freundlich cho phép xác định n tất mẫu khoảng từ 2,77- Giá trị n cho thấy MgO chất hấp phụ tốt RB 19, số tài liệu cho thấy n= 1÷ 10 biểu diễn khả hấp phụ tốt chất hấp phụ) [25] III.3.3 Kết luận khả khử chất màu RB 19 vật liệu MgO Kết thử nghiệm hoạt tính xúc tác MgO việc loại bỏ mầu với mầu RB 19 cho thấy khả xúc tác cao vạt liệu nano MgO tổng hợp theo phương pháp thuỷ nhiệt Hiệu suất khử màu MgO đạt tới 98%, lực hấp phụ cao đạt 250 mg/1g xúc tác Mặt khác MgO xúc tác phản ứng điều kiện pH tương đối rộng từ đến 12 Do nói vật liệu hiệu có tiềm ứng dụng để xử lý chất màu dệt nhuộm 55 KẾT LUẬN Vật liệu kích thước nano MgO với đặc tính bề mặt cao đề tài nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học Với đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp xác định đặc trưng vật liệu oxit nano MgO nghiên cứu khả khử chất màu xanh hoạt tính RB 19” thu kết sau: Vật liệu nano MgO điều chế phương pháp thuỷ nhiệt điều kiện: - Nhiệt độ thuỷ nhiệt 140oC 24 h, nhiệt độ nung 450oC 3h - Nhiệt độ thuỷ nhiệt 160oC, 180oC 24h nung 400oC 3h - Bằng phương pháp phân tích XRD cho phép khẳng định: • Các điều kiện tổng hợp nhiệt độ thuỷ nhiệt, nhiệt độ nung có ảnh hưởng tới tạo thành pha MgO • Trong đó, nhiệt độ thủy nhiệt cao dễ tạo pha oxit MgO hình thành nhiệt độ nung thấp hơn, nhiên vật liệu tạo có co cụm hạt với nhau, hạt có hình dạng hình cầu hình que khơng đồng đều, kích thước trung bình 43 nm, 77nm (dài)/22 nm (đường kính) Sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB để điều khiển hình thái học kích thước hạt nano vật liệu - Kết phân tích XRD cho thấy, tất mẫu pha MgO hình thành, nhiên thấy xuất pha tạp Mg(OH)2 Kết phân tích SEM cho phép xác định hình thái học vật liệu Các hạt dạng hình thấm với kích thước 49-91 nm, độ dày khoảng 20 nm - Kết phân tích đường đẳng nhiệt hấp phụ nitơ, cho phép xác định diện tích BET diện tích mao quản trung bình, phân bố kích thước mao 56 quản Vật liệu tổng hợp có SBET cao từ 267- 330 m2.g-1, kích thước mao quản trung bình khoảng nm Kết nghiên cứu khả khử chất màu RB 19 vật liệu cho thấy: - Vật liệu MgO có hoạt tính khử cao chuyển hóa 98% RB 19, khoảng pH rộng (3-12) 20 phút - Sự hấp phụ RB 19 MgO tuân theo hai mơ hình hấp phụ Langmuir Freundlich - Năng lực hấp phụ cực đại qmax mẫu đạt từ 166- 250 mg/g MgO Như vậy, vật liệu MgO tổng hợp phương pháp thuỷ nhiệt có bề mặt riêng cao, lực hấp phụ tốt hứa hẹn chất xúc tác hấp phụ tiềm 57 KIẾN NGHỊ - Luận văn điều chế thành công nano oxit MgO với bề mặt riêng cao - Các nghiên cứu hấp phụ cho thấy vật liệu có khả xử lý tốt chất màu dệt nhuộm - Tuy nhiên khuôn khổ luận văn, chưa nghiên cứu động học phản ứng khử chất màu nên thời gian tới mong muốn tiếp tục nghiên cứu 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Bin (2005), Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 4, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Từ Văn Mạc (1995), Phân tích hóa lý, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano, Nhà xuất khoa học tự nhiên cơng nghệ, Hà Nội Trần Văn Nhân (1999), Hóa lý tập 3, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Nga Kim Nguyen, Matteo Leoni, Devid Maniglio, Claudio Migliaresi(2012), Hydroxyapatile nanorods, Soft template synthesis, characterization and preliminary in vitro tests, Journal of Biomaterials Applications, DOI 10.1177/0885328212437065 Nguyễn Hữu Phú (2006), Hóa lý hóa keo, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Hữu Phú (1998), Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Tường (1998), Vật liệu vô cơ, Đại học khoa học tự nhiênĐH QGHN, Hà Nội Nguyễn Đình Triệu (2002), Các phương pháp vật lý ứng dụng hóa học, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội 10 Trang tìm kiếm http:// Wikipedia.org 59 Tiếng Anh 11 Adak.A, Bandyopadhyay.M, Pal.A (2005), Removal of Crystal Violet Dye from Wastewater by Surfactant-Modified Alumina, Sep.Purif Techn 44, 139-144 12 Adak.A, Bandyopadhyay.M, Pal.A(2006), Fixed Bed Column Study for the Removal of Crystal Violet (C I Basic Violet 3) Dye from Aquatic Environment by Surfactant-Modified Alumina, Dyes Pigments 69, pp 245-251 13 Aksu.Z(2005), Application of biosorption for the removal of organic pollutants, a review, Process Biochem 40, pp.997-1026 14 Belessi.V, Romanos.G, Boukos.N, Lambropoulou.D, Trapalis.C(2009), Removal of reactive red 195 from aqueous solutions by adsorption on the surface of TiO2 nanoparticles, J Hazard Mater., Vol.170, pp.836-844 15 Byrappa.K and Adschiri.T(2007), Hydrothermal technology for nanotechnology, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 53 (2) ,p 117-166 16 Chesnokov.V.V, Bedilo.A.F, Heroux.D.S, MishakovI V., Klabunde K.J(2003) , J Catal 218 tr 438 17 Crini.G(2006), Non-conventional adsorbents for dye removal: a review, Bioresour, Technol 97, pp 1061-1085 18 Esmaeili.E, Khodadadi.A, Mortazavi.Y(2009), Microwave- Induced combustion process variables for MgO nanoparticle synthesis using polyethyleneglycol and sorbitol J Europ.Ceramic Society 29, P.1061-1068 60 19 Gupta.V.K, Suhas(2009), Application of low-cost adsorbents for dye removal- A review, J Envir Manag, 90, pp 2313- 2342 20 Gulkova.D, Solcova.O, Zdrazil.M(2004), “Preparation of MgO catalytic support in shaped mesoporous high surface area form”, Micr & Mesop Mater 76, P.137-149 21 He.Y, Wang.J, Deng.H, Yin.Q, Gong.J(2008), “Comparison of different methods to prepare MgO whiskers”, Ceramics International 34, P.1399-1403 22 Hattori.H(1995), Heterogeneous basic catalysis, Chem Rev 95 537558 23 Klabunde K.J, Stark J, Koper O, Mohs C, Park.D.G, Decker.S, Jiang.Y, Lagadic.I, Zhang D(1996), J Phys Chem 100 12142 24 Mishakov.I.V, Bedilo.A.F, Richards.R.M, Chesnokov.V.V, Volodin A.M, Zaikovskii.V.I, Buyanov.R.A, Klabunde.K.J(2002), J Catal 206 40 25 Moussavi.G, Mahmoudi.M(2009), Removal of azo and anthraquinone reactive dyes from industrial wastewaters using MgO nanoparticles, J Hazard Mater, 168, pp.806-812 26 Nagappa.B, Chandrappa.G.T(2007), Mesoporous nanocrystalline magnesium oxide for environmental remediation, Microp & Mesop Mater 106, p.212 27 Pak.C, Bell.A.T, Tilley.T.D(2002), J Catal 206 49 28 Sing.K.S.W, Everett.D.H, Haul.R.A.W, Mosenu.L, Pierotti.R.A, Rouquerol J, Siemieniewska T(1985), Pure Appl Chem 57 603 29 Gregg, S J, Sing.K S, Adsorption.W(1982), Surface Area and Porosity, 2nd ed, Academic Press, London, UK 61 30 Spoto.G, Gribov.E.N, Ricchiardi.G, Damin.A, Scarano.D, Bordiga.S, Lamberti.C, Zecchina.A(2004), Progress in Surf Science 76, P 71146 31 Vilar.V.J.P, Botelho.C.M.S, Boaventura.R.A.R(2007), Methylene blue adsorption by algal biomass based materials: biosorbents characterization and process behavior, J Hazard Mater 147, pp.120132 32 Yang.Q, Sha.J, Wang.L, Wang.J, Yang.D(2006), “MgO nanostructures synthesized by thermal evaporation”, Mater Science & Eng C 26, P 1097- 1101 33 Yang.Q, Sha.J, Wang.L, Wang.J, Yang.D(2006), MgO nanostructures synthesized by thermal evaporation, Mater Science & Eng C 26, P 1097- 1101 62 ... III.3 CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KHỬ CHẤT MÀU RB 19 TRÊN VẬT LIỆU MgO TỔNG HỢP III.3.1 Xác định điều kiện tối ưu phản ứng khử màu hoạt tính vật liệu MgO Tiến hành phản ứng khử màu MgO tổng hợp. .. thích hợp chất màu anion Trong luận văn này, chúng tơi nghiên cứu tổng hợp MgO kích thước hạt nano phương pháp thủy nhiệt bước đầu nghiên cứu khả hấp phụ chất màu xanh hoạt tính (RB 19) vật liệu MgO. .. Nghiên cứu khả khử chất màu hoạt tính RB19 vật liệu tổng hợp 34 CHƯƠNG III CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1 NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH MgO Bước đầu luận án nghiên cứu hình thành oxit MgO theo quy