Nghiên cứu hấp thụ trao đổi ion fe bằng ống và sợi nanocarbon biến tính

A /, _ _ /? NGHIÊN CỨU - TRAO ĐOI NG H IÊN CỨU HẤ P THỤ TRAO Đ Ổ I IO N Fe BẰNG ỐNG VÀ SỢI NANOCARBON BIẾN TÍNH ThS Lưu Sơn Tùng 1, Rakov E.D Khoa Hóa học&Cơng nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu Trường đại học công nghệ hóa học Mendeleev, Liên Bang Nga Tóm tắt Nghiên cứu trình hấp thụ trao đổi ion hệ chứa dung dịch muối Fe (II) Fe (III) ống sợi nanocarbon biến tính Tìm phụ thuộc dung lượng hấp thụ vào nhân tố: thời gian, tỷ lệ khối lượng chất hấp thụ với thể tích dung dịch, nồng độ dung dịch muối, đại lượng p H “độ ta n ” (độ biến tính) chất hấp thụ Sự cân hệ miêu tả phương trình đẳng nhiệt Lengmuir Freundlich, động học hấp thụ miêu tả phương trình bậc Chỉ khả đẩy nhanh trình hấp thụ việc sử dụng lị vi sóng Từ khóa: ống nanocarbon, hấp thụ trao đổi ion, nanocarbon biến tính, hấp thụ ion Fe Abstract A t room temperature the balance was studied in systems containing solutions o f salt Fe (II) or Fe (III) and the functionalizied carbon nanofiber (fCNF) or carbon nanotube (fCNT) Found depending on capacity o f the duration o f contacting, the ratio o f mass o f sorbent to volume o f the solution, the concentration o f salts in the solution, the p H o f the solution and the “solubility” (degree o f modification) o f sorbent Equilibrium data is described by the equations o f Langmuir and Freundlich, kinetics o f processes by the pseudo second - order rate equation Show the possibility to accelerate the sorption by the physical activation Keywords: CNT, ion-exchangce sorption, functionalized carbon nanotubes, sorption o f ion iron G IỚ I TH IỆU CHUNG Ông sợi nanocarbon (hay gọi carbon nanotube (CNT) carbon nanofiber (CNF)) có diện tích bề mặt tương đối lớn dễ dàng thực chức hóa việc gắn nhóm -C (0 )0 H , =CO, -C O H nhóm chức khác giúp cho vật liệu có khả trao đổi ion với muối kim loại Quá trình hấp thụ trao đổi ion kim loại ống sợi nano carbon biến tính sử dụng nhiều mục đích khác như: làm dung dịch khỏi tạp chất, phân tách đặc dung dịch, phân tích xác định hàm lượng kim loại, nhận composite, xác tác quang điện Nghiên cứu hấp thụ ion kim loại lên bề mặt ống sợi nanocarbon có số lượng lớn cơng trình nghiên cứu có vài viết tổng quan vấn đề [1-4] Hiện có khoảng 20 đến 30 báo khoa học nghiên cứu trình hấp thụ chì, đồng cadimi, tiếp nikel kẽm Trong tất nghiên cứu sử dụng dung dịch có nồng độ thấp, thấp Nghiên cứu hấp thụ ion Fe(III) giấy mỏng chế tạo từ ống sợi nanocarbon nghiên cứu báo [5], động học q trình hấp thụ mơ tả phương trình bậc nhất, cân q trình mơ tả phương trình đẳng nhiệt Lengmuir, để thu hồi chất hấp thụ sử dụng trình khử hấp thụ điện hóa Hấp thụ ion Fe(II) lên bề mặt ống sợi nanocarbon chưa nghiên cứu Ông nanocarbon kết hợp với hạt nano Fe3O4 vật liệu có tính chất từ tính sử dụng giống chất hấp thụ [6­ 8], vật liệu nguồn để nhận composite gốm Mục đích nghiên cứu hấp thụ ion TẬP SAN K H O A HỌC VÀ ĐÀO TẠO 107 A /, _ _ _ /? NGHIÊN CỨU - TRAO ĐOI Fe(II) Fe(III) lên bề mặt ống sợi nanocarbon biến tính Các thí nghiệm thực dung dịch muối có nồng độ cao PH Ư Ơ N G PH Á P N G H IÊN CỨU Trong thí nghiệm sử dụng ống sợi nanocarbon biến tính theo phương pháp nghiên cứu mơ tả tài liệu [9] Q trình biến tính hình thành lên bề mặt vật liệu nhóm chức chứa oxi như: -C (0 )0 H , =CO -CO H , nhóm chức giúp cho vật liệu có khả hình thành hệ phân tán bền vững tham gia vào trình trao đổi ion Các mẫu ống sợi nanocarbon biến tính có độ tan, hay nồng độ phân tán nước 4,0 (f-CNF-1), 3,7 (f-CNT-2) 2,0 g/l (f-CNT-3) Diện tích bề mặt ống sợi sau biến tính khoảng 242 70 m2/g Các hóa chất khác sử dụng có phân loại tiêu chuẩn hóa học Q trình hấp thụ thực theo phương pháp sau Ông sợi carbon phân tán 50 ml nước với giúp đỡ máy siêu âm YPAH-A, sau cho thêm vào 10 ml dung dịch Fe(NO3)3; FeSO4, giữ thời gian cố định, sau tách kết tủa qua giấy lọc sấy khô Đe xác định khối lượng kim loại hấp thụ, tiến hành nung kết tủa sấy khô khơng khí nhiệt độ 7500C sau cân lượng oxit kim loại nhận Khi nghiên cứu ảnh hưởng pH thêm vào dung dịch H2SO4, HN o 3, NH4OH loãng tiến hành đo thiết bị pH-56 Martini Nghiên cứu ảnh hưởng sóng vi ba lên trình hấp thụ tiến hành lị vi sóng Samsung M1712NR vịng phút công suất thay đổi từ 100-800 W K ẾT QUẢ N G H IÊN CỨU Đường đẳng nhiệt trình hấp thụ xây dựng phương trình q=f(Cs) Dung lượng hấp thụ q tính tốn theo phương trình: Ắ q = {(C0 - Cs>V}/ m, (1) 108 TẬP SAN KH OA HỌC VÀ ĐÀO TẠO Ở đây, q - dung lượng hấp thụ, mg/g; C0 - nồng độ ban đầu ion kim loại, mg/l; Cs - nồng độ cân ion kim loại, mg/l; V thể tích dung dịch, l; m - khối lượng chất hấp thụ, g Tốc độ cân trình hấp thụ trao đổi ion phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nghiên cứu bên 3.1 Ảnh hưởng khoảng thời gian trì tiếp xúc pha rắn lỏng Theo kết hình 2, trình hấp thụ trao đổi ion kết thúc khoảng thời gian tiếp xúc pha 20 đến 40 phút, thí nghiệm tiếp theo, ngoại trừ thí nghiệm lị vi sóng trì khoảng thời gian 60 phút 90 Hình Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc pha f-CNF-1 với dung dịch Fe(NO3)3 lên dung lượng hấp thụ với giá trị p H = 1,5 (đường số 1); p H = 1,0 (đường số 2); p H = 0,5 (đường số 3) tỷ lệ R:L = 35:60, nồng độ ban đầu dung dịch mmol/l 90 - 10 20 50 60 70 A /, _ _ /? NGHIÊN CỨU - TRAO ĐOI Hình Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc pha f-CNF-1 với dung dịch Fe(NO3)3 (đường số 1) FeSO4 (đường số 2) lên dung lượng hấp thụ với giá trị p H = 1,6 và tỷ lệ R:L = 35:60, nồng độ ban đầu dung dịch mmol/l Nhận thấy tăng đại lượng pH giảm nồng độ ion kim loại dung dịch thời gian hình thành trạng thái cân không thay đổi nhiểu 3.2 Ảnh hưởng tỷ lệ pha Tỷ lệ pha rắn lỏng (R : L) khoảng 0,15 - 1,15 g/ml, dung dịch có pH từ 1,0 - 2,0 khơng ảnh hưởng nhiều lên khả hấp thụ (Hình 3) Hình Ảnh hưởng tỷ lệ R:L lên dung lượng hấp thụ f-CNF-1 dung dịch Fe(NO3)3 có nồng độ ban đầu mmol/l với giá trị p H = 2,0 (đường số 1); p H = 1,5 (đường số 2); p H = 1,0 (đường số 3) Tương tự với kết nghiên cứu khác khả hấp thụ tăng mạnh khoảng R : L