Dung lượng hấp phụ q theo thời gian t của các mẫu M5, M6, M7, M8 được thể hiện trong Hình 3.14.
Hình 3.14. Dung lượng hấp phụ MB của các mẫu M5, M6, M7, M8 theo thời gian
Dung lượng hấp phụ của các mẫu M5, M6 tăng dần và đạt giá trị lớn nhất lần lượt là 32,84 mg/g và 24,32mg/g tại thời điểm 85 phút khảo sát. Dung lượng hấp phụ của các mẫu M7, M8 lần lượt là 14,6 và 7,2 tại thời điểm 5 phút đầu và dung lượng hấp phụ này gần như không đổi sau 5 phút đầu khảo sát.
Như vậy với khối lượng chất hấp phụ lớn (mẫu M7, M8) thì khả năng hấp phụ MB nhanh hơn và đạt trạng trái bão hòa sớm hơn so với các mẫu có khối lượng nhỏ hơn (M5, M6).
3.4.3Động học quá trình h Động học quá trình h qua phương trình động họ Hình 3.1 Từ đồ thị ta tính được các thông s 3.11. Bảng 3.11. Các Mẫu Phương trình động h M5 y = 0,03014x + 0,1149 M6 y = 0,036x + 0,0538 M7 y = 0,0681x + 0,04573 M8 y = 0,13923x + 0,8374 71 ình hấp phụ
trình hấp phụ của vật liệu Fe3O4 – GO đối với MB đư ọc bậc hai.
Hình 3.15. Đồ thị phương trình động học bậc hai
c các thông số của phương trình động học bậc hai theo b
ảng 3.11. Các thông số của phương trình động học bậc hai
ng học Hệ số tương quan R2 k (g/mg.phút) qe (thự nghiệ (mg/g) y = 0,03014x + 0,1149 0,9888 0,26 32,84 y = 0,036x + 0,0538 0,9986 0,67 24,32 0,0681x + 0,04573 0,9953 1,49 14,82 y = 0,13923x + 0,8374 0,9946 0,17 7,06 i MB được mô tả c hai theo bảng ộng học bậc hai ực ệm) (mg/g) qe (lý thuyết ) (mg/g) 32,84 33,18 24,32 27,78 14,82 14,68 7,06 7,18
Qua bảng số liệu trên ta th phụ thực tế qe (exp) xấp x
qe (pt). Từ đó cho thấy k phương trình động học bậ theo phương trình động họ
3.4.4Ảnh hưởng của khối l phụ
Hình 3.16 dưới đây là hi theo thời gian.
Hình 3.16. Hiệu suất quá trình h
Bảng 3.12 dưới đây th mẫu M5, M6, M7, M8. Bảng 3.12.Hiệu suất hấp ph Mẫu Khối lượng mẫ Co (mg/l) H (%) 72
u trên ta thấy các hệ số tương quan R2 cao và dung lư p xỉ với dung lượng hấp phụ tính theo phương tr y kết quả thực nghiệm phù hợp với kết quả
ậc hai. Như vậy sự hấp phụ MB của vật liệu Fe ọc bậc hai.
ởng của khối lượng chất hấp phụ và thời gian lên quá trình h
i đây là hiệu suất hấp phụ MB của các mẫu M5, M6, M7, M8
t quá trình hấp phụ của mẫu M5, M6, M7, M8 theo th
i đây thể hiện hiệu suất của quá trình hấp ph
p phụ cực đại (H (%)) MB của các mẫu M5, M6, M7, M8.
M5 M6 M7 M8
ẫu (g) 0,005 0,01 0,02 0,04
(mg/l) 3,2 3,2 3,2
50 85 90
cao và dung lượng hấp tính theo phương trình động học ả tính toán theo Fe3O4 – GO tuân
uá trình hấp
u M5, M6, M7, M8
u M5, M6, M7, M8 theo thời gian
p phụ MB của các u M5, M6, M7, M8. M8 0,04 3,2 95
73
Theo Hình 3.16 và các số liệu liệt kê trong bảng 3.12 hiệu suất hấp phụ MB của các mẫu M7 (m = 0,02g), M8 (m = 0,04g) tăng rất nhanh trong khoảng 3 phút đầu, và đạt trạng thái bão hòa sau khoảng 5 phút. Hiệu suất hấp phụ cực đại của mẫu M7, M8 đạt được lần lượt là: 90 %, 95 %. Mẫu M6 với khối lượng nhỏ hơn (m = 001g), hiệu suất hấp phụ tăng nhanh trong khoảng 3 phút đầu, sau đó tăng chậm và đạt trạng thái bão hòa sau 55 phút. Hiệu suất hấp phụ cực đại là 85 %. Với mẫu M5, có khối lượng thấp nhất m = 0,005g, hiệu suất hấp phụ tăng nhanh trong khoảng 3 phút đầu, sau đó tăng chậm và đạt trạng thái bão hòa sau 75 phút. Hiệu suất hấp phụ cực đại chỉ đạt được 50 %. Năm 2014, Chunjiao Zhou và các cộng sự đã tiến hành khảo sát khả năng hấp phụ của Fe3O4 – GO đối với MB cho hiệu suất hấp phụ đạt 75 % [18]. So với kết quả này thì khả năng hấp phụ MB của mẫu Fe3O4
– GO đã chế tạo đạt được khá tốt và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước nhiễm màu và kim loại nặng.
Các mẫu có khối lượng chất hấp phụ thấp hơn cho khả năng hấp phụ kém hơn. Tại thời điểm 85 phút, cả bốn mẫu đều đạt trạng thái bão hòa hấp phụ, tuy nhiên với mẫu M6 (m = 0,01 g) có thời gian đạt bão hòa nhanh và hiệu suất hấp phụ cao (85 %). Vì vậy, chúng tôi chọn giá trị khối lượng m = 0,01g, thời gian t = 85 phút, pH = 7 để tiến hành các thí nghiệm so sánh khả năng hấp phụ MB của vật liệu Fe3O4 – GO, Fe3O4 và GO.
3.4.5So sánh khả năng hấp phụ của Fe3O4 – GO, Fe3O4, GO đối với MB
Trên cơ sở đã lựa chọn điều kiện hấp phụ của vật liệu Fe3O4 – GO đối với MB (mục 3.4.1), tiến hành các thí nghiệm so sánh khả năng hấp phụ của hệ vật liệu này với vật liệu Fe3O4 và GO. Hình 3.17 biểu diễn hiệu suất hấp phụ MB của các mẫu Fe3O4 – GO, Fe3O4, GO theo thời gian.
74
Hình 3.17. Hiệu suất hấp phụ của các mẫu Fe3O4 – GO, Fe3O4, GO khối lượng 0,01 g
Hiệu suất hấp phụ của GO tăng dần và đạt hiệu suất cao nhất 95 % sau 85 phút khảo sát. Hiệu suất hấp phụ của Fe3O4 – GO tăng rất nhanh trong khoảng 15 phút đầu, tăng chậm dần và đạt giá trị cực đại sau 55 phút với hiệu suất 85 %. Với vật liệu Fe3O4 hiệu suất tăng và đạt giá trị cực đại 8 % sau 5 phút. Rõ ràng nhận thấy hiệu suất hấp phụ của mẫu Fe3O4 – GO thấp hơn hiệu suất hấp phụ của mẫu GO và cao hơn nhiều so với mẫu Fe3O4.
Khả năng hấp phụ cao của Fe3O4 – GO, GO chủ yếu là do vai trò của các tâm hấp phụ trên bề mặt GO. Tuy nhiên, Fe3O4 – GO cho khả năng hấp phụ MB nhỏ hơn so với GO. Cùng quan điểm này, nhóm tác giả Chunjiao Zhou đã so sánh khả năng hấp phụ MB của vật liệu Fe3O4 – GO và cho thấy khả năng hấp phụ MB của GO cao hơn khả năng hấp phụ của Fe3O4 – GO. Điều này được cho là do các hạt nano Fe3O4 chiếm giữ tại các vị trí có tâm hấp phụ trên bề mặt của GO [18]. Như vậy, vật liệu Fe3O4 – GO chế tạo được đã kết hợp tốt ưu điểm của cả hai hệ vật liệu Fe3O4 và GO như: khả năng hấp phụ MB cao, và khả năng thu hồi lại bằng từ trường ngoài.
75
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm thí nghiệm chúng tôi đã thu được một số kết quả sau: 1. Chế tạo thành công vật liệu nano Fe3O4 và Fe3O4 – GO bằng phương pháp đồng kết tủa.
2.Tiến hành phân tích tính chất đặc trưng của vật liệu Fe3O4, Fe3O4 – GO thu được bằng các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại: X -ray, TEM, VSM, FTIR, Raman.
Mẫu Fe3O4 cho thấy vật liệu có cấu trúc đơn pha, mạng lập phương tâm mặt, đường kính hạt cỡ 10 ÷ 12,6 nm. Giản đồ X- ray của mẫu Fe3O4 – GO cho thấy có sự kết hợp giữa Fe3O4 và GO, đường kính hạt Fe3O4 cỡ 7 ÷ 22 nm.
Hạt Fe3O4 có kích thước nano tương đối đồng đều, kích thước hạt khoảng 13nm đối với mẫu M4. Kích thước hạt khoảng 22 - 25 nm đối với mẫu Fe3O4 – GO (1:1), và 8 - 9 nm với mẫu Fe3O4 – GO (3:1)
Độ từ hóa bão hòa của các mẫu Fe3O4 cỡ 60,60 ÷ 64,65 emu/g, của các mẫu Fe3O4 – GO cỡ 1,9 ÷ 23,67 emu/g.
Có sự hiện diện của Fe3O4 trên GO và hai dải D và G trong mẫu Fe3O4 – GO với cường độ dải giảm so với mẫu GO.
3.Nghiên cứu khả năng hấp phụ MB vật liệu nano Fe3O4 – GO. Kết quả cho thấy vật liệu có khối lượng lớn hơn hấp phụ MB nhanh hơn và đạt hiệu suất cao hơn. Khả năng hấp phụ MB của Fe3O4 – GO thấp hơn khả năng hấp phụ của GO và cao hơn của Fe3O4. Quá trình hấp phụ MB lên vật liệu tuân theo phương trình động học bậc hai biểu kiến.
4.Từ những kết quả ban đầu cho thấy vật liệu nano Fe3O4 – GO có khả năng hấp phụ MB với hiệu quả khá tốt, quy trình chế tạo vật liệu đơn giản, có triển vọng ứng dụng trong thực tế để xử lý các chất màu và kim loại nặng trong nước.
76
CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Pham Thi Lan Huong, Nguyen Tu, Ninh Thi Huyen, Le Ngoc Anh, Le Thi Tam, Vu Ngoc Phan and Le Anh Tuan, “Synthesis and characterization of Fe3O4@C
core-shell nanoparticles”, Advanced Materials and Nanotechnology ICAMN 2014,
77
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Lê Văn Cát (2002), Hấp phụ và trao đổi ion trong kỹ thuật xử lý nước
thải, NXB thống kê, Hà Nội.
2. Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung (2007), Chế tạo và
nghiên cứu tính chất từ của hạt nano Fe3O4 ứng dụng trong y sinh, NXB
ĐHQGHN.2
3. Vũ Đăng Độ (2000), Cơ sở lý thuyết các quá trình hóa học, NXB Giáo
dục.
4. Huỳnh Trường Giang “Xanh methylen – thông tin cho người nuôi trồng thủy sản”, UV –Vietnam.
5. Nguyễn Hoàng Hải (2007), Các hạt nano kimloại (metallic
nanopariticles), tạp chí Vật lý Việt Nam, tập 1, số 1, năm 2007.
6. Nguyễn Hoàng Hải (2010), chế tạo hạt nano oxydsắt từ tính, Vietsciences
- Dạ Trạch – 31/03/2010.
7. Hoàng Nhâm (2003), Hóa học vô cơ, Tập 3, NXB Giáo Dục.
8. Trần Văn Nhân (2009), Hóa lý (Tập 2), tái bản lần thứ sáu, NXB Giáo
dục.
9. Nguyễn Phú Thùy, Vật lí các hiện tượng từ, NXB Đại học Quốc gia Hà
Nội, 2003. Tiếng Anh
10. Adriana Miclescu, L. Wiklund (2010), “Methylene blue, an old drug with
new indications?”, Jurnalul Român de Anestezie Terapie intensivã,
Vol.17 Nr.1, pp. 35-41.
11. Balandin. A. A , S. Ghosh , W. Z. Bao , I. Calizo , D. Teweldebrhan ,F. Miao , C. N. Lau (2008), “Superior Thermal Conductivity of Single-
78
12. Bolotin K. I, K. J. Sikes , Z. Jiang , M. Klima , G. Fudenberg , J. Hone ,
P. Kim , H. L. Stormer (2008), Solid State Commun, pp. 146 -351.
13. Boris I. Kharisov, Oxana V. Kharissova and Ubaldo Ortiz Méndez (2012), “Microwave Hydrothermal and Solvothermal Processing of Materials and Compounds”, The Development and Application of Microwave Heating, chapter 5, pp 107.
14. Byong Yong Yu, Seung-Yeop Kwak (2010), “Assembly of Magnetite Nanoparticles into Spherical Mesoporous Aggregates with a 3-D
Wormhole-Like Porous Structure”, The Royal Society of Chemistry, pp.
1-9.
15. Cai. W, Y. Zhu , X. Li , R. D. Piner , R. S. Ruoff (2009), “Large area few-layer graphene/graphite films as transparent thin conducting
electrodes”, Applied Physics Letters,vol. 95, pp. 123115/3.
16. Changjing Fu, Guogang Zhao, Haijun Zhang, Shuang Li (2013),”A
Facile Route to Controllable Synthesis of Fe3O4/Graphene Composites
and Their Application in Lithium-Ion Batteries”, International Journal of
Electrochemical Science,vol.9, pp 46 – 60.
17. Cheng. J, S. M. Yu, and P. Zuo (2006), “Horseradish peroxidase immobilized on aluminum-pillared interlayered clay for the catalytic
oxidation of phenolic wastewater,” Water Research, vol. 40, no. 2, pp.
283 - 290.
18. Chunjiao Zhou, Wenjie Zhang, Huixian Wang, Huiyong Li, Jun Zhou, Shaohua Wang, Jinyan Liu, Jing Luo, Bingsuo Zou, Jianda Zhou (2013), “Preparation of Fe3O4-Embedded Graphene Oxide for Removal of
Methylene Blue”, Chemistry. DOI 10.1007/s13369-014-1183-7.
19. Cullity. B. D (1972), Introduction to Magnetism and Magnetic Materials,
79
20. Dachao Luo, Guoxin Zhang, Junfeng Liu, Xiaoming Sun (2011),
“Evaluation Criteria for Reduced Graphene Oxide”,The Journal of
Physical Chemistry C, vol. 115, pp. 11327–11335.
21. Gee. S. H, Y.K.Hong, d. W. Erickson, M.H. Park (2003),” synthesis and
aging effect of spherical magnetic (Fe3O4) nanoparticles for biosensor
applications”, Journal of Applied Physics, V.93, NO .10, PP 7560 – 7562.
22. George Z. Kyzas, Nikolina A. Travlou, Orestis Kalogirou and Eleni A. Deliyanni (2013),” Magnetic Graphene Oxide: Effect of Preparation
Route on Reactive Black 5 Adsorption”, Materials, pp. 1360-1376.
23. Haw. C.Y, F. Mohamed, C.H. Chia, S. Radiman, S. Zakaria, N.M. Huang, H.N. Lim (2010),” Hydrothermal synthesis of magnetite
nanoparticles as MRI contrast agents”, Ceramics International, pp. 1417–
1422.
24. Hongkun He and Chao Gao (2010), “Supraparamagnetic, Conductive, and Processable Multifunctional Graphene Nanosheets Coated with High- Density Fe3O4 Nanoparticles”, American Chemical Society, VOL. 2. NO.
11, pp. 3201–3210.
25. Hwee Ling Poh, Filip San ek, Adriano Ambrosi, Guanjia Zhao, Zden ek Soferb, Martin Pumera (2012), “Graphenes prepared by Staudenmaier, Hofmann and Hummers methods with consequent thermal exfoliation
exhibit very different electrochemical properties”, Nanoscale, pp. 3515–
3522.
26. JianfengShen,YizheHu,MinShi,NaLi,HongweiMa,andMingxinYe (2010),
“OneStepSynthesisofGrapheneOxide-MagneticNanoparticleComposite”,
The Journal of Physical Chemistry C,pp.1498–1503.
27. Kodama. R. H and A. E. Berkowitz (1999) Atomic-scale magnetic
modeling of oxide nanoparticles. Physical Review B, 59, pp. 6321-6356.
28. Laurent. S, D. Forge, M. Port, A. Roch, C. Robic, V. L. Els and R. Muller (2008), “Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis, Stabilization,
80
Vectorization, Physicochemical Characterizations, and Biological
Applications”, Chem, Rev. pp. 2064–2110.
29. Lee. C, X. D. Wei, J. W. Kysar , J. Hone (2008), “ Measurement of the Elastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene”,
Science, vol. 321, pp. 385-388.
30. Li Zhou, Huiping Deng, Junli Wan, Jun Shi, Tong Su (2013), “A solvothermal method to produce RGO-Fe3O4 hybrid composite forfast
chromium removal from aqueous solution”, Applied Surface Science, vol.
283, pp. 1024– 1031
31. Liu. G, Q. Deng, H.Wang et al. (2012), “Synthesis and characterization of nanostructured Fe3O4micron-spheres and their application in removing
toxic Cr ions from polluted water”, Chemistry, vol. 18, no. 42, pp.
13418–13426.
32. Mancheng Liu, Tao Wen, Xilin Wu, Changlun Chen, Jun Hu, Jie Lia and Xiangke Wang (2013), “Synthesis of porous Fe3O4 hollow microspheres/
graphene oxide composite for Cr(VI) removal”, Dalton Transactions,
DOI: 10.1039.
33. Millan. A, A.Urtizberea, F.Palacio, N.J. O.Silva, V.S.Amaral, E.Snoeck, and V.Serin (2007) ,“Surface effects in maghemite
nanoparticles”,Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 312, L5-
L9.
34. Namvari. M và Namazi. H (2014), “Clinking graphene oxit and Fe3O4
nanoparticles together: an efficient adsorbent to remove dyes from
aqueous solutions”, International Jounal of Environmental Science and
Technology.vol. 11, pp. 1527-1536.
35. Nor Aida Zubir, Christelle Yacou, Julius Motuzas, Xiwang Zhang, Joao C. Diniz da Costa (2014), “ Structural and functional investigation of graphene oxide–Fe3O4 nanocomposites for the heterogeneous Fenton-like
81
36. Obaid ur Rahman, Subash Chandra Mohapatra, Sharif Ahmad (2012), “Fe3O4 inverse spinal super paramagnetic nanoparticles”, Elsevier, vol.
132 , pp. 196– 202
37. Paredes. J. I, S. Villar-Rodil, A. Martinez-Alonso, J. M. D. Tascon
(2008), Langmuir, vol. 24, pp. 10560.
38. Piao. X, Z. G. Ming, H. D. Lian, F. C. Ling, H. Shuang, Z. M. Hua, L. Cui, W. Zhen, H. Chao and X. G. Xin (2012), “Use of iron oxide
nanomaterials in wastewater treatment: a review”, Sci. Total Environ, pp
1-10.
39. Ping Hu, Shengen Zhang, Hua Wang, De’an Pan, Jianjun Tian, Zhi Tang, Alex A. Volinsky (2011), “Heat treatment effects on Fe3O4 nanoparticles structure and magnetic properties prepared by carbothermal reduction”,
Elsevier,vol. 509, pp. 2316–2319.
40. Sasmita Mohapatra (2014), Graphene-Fe3O4-TiO2 ternary composite: an efficient visible light catalyst for the removal of organic pollutants,
Master of Science in Chemistry , Department of chemistry Rourkela, Odisha, India. Pin: 769008.
41. Si. Y, T. Ren, B. Ding, J. Yu, and G. Sun (2012), “Synthesis of mesoporous magnetic Fe3O4@carbon nanofibers utilizing in situ
polymerized polybenzoxazine for water purification,” Journal ofMaterials Chemistry, vol. 22, no. 11, pp. 4619–4622.
42. Shuming Nie, Yun Xing, Gloria J. Kim, and Jonathan W. Simons (2007), “Nanotechnology Applications in Cancer”, Annu. Rev. Biomed. Eng, vol.9, pp. 258-278.
43. Ting Wang, Xiaoying Jin , Zuliang Chen , Mallavarapu Megharaj, Ravendra Naidu (2013), “Simultaneous removal of Pb(II) and Cr(III) by
magnetite nanoparticles using various synthesis conditions” , Journal of
82
44. VimleshChandra, JaesungPark,YoungChun,JungWooLee,In-
ChulHwang,andKwangS.Kim (2010), “Water – DispersibleMagnetite –
ReducedGrapheneOxideCompositesforArsenicRemoval”,American
Chemical Society, vol. 4, no. 7, pp. 3979 – 3986.
45. Xiao Zhang, Bin Jang, Yaping Xie, Feng Du (2014), “ one - pot hydrothermal synthesis of Fe3O4/ reduced graphene oxide nanocomposite
for enhanced lithium storage”, Indian Journal Chemistry, vol.53A, pp.
265 - 273.
46. Xiaoying Yang,X.Y Zhang,Y.F Ma, Huang,Y.Y S Wang,Y.S Chen(2009), “Superparamagnetic graphene oxide–Fe3O4 nanoparticles hybrid for
controlled targeted drug carriers”, Mater.Chem,pp.2710–2714.
47. Xie. G, P. Xi, H. Liu et al. (2012), “A facile chemical method to produce superparamagnetic graphene oxide-Fe3O4hybrid composite and its
application in the removal of dyes from aqueous solution,” Journal
ofMaterials Chemistry, vol. 22, no. 3, pp. 1033– 1039.
48. Yan Wei, Bing Hanb, Xiaoyang Hua, Yuanhua Linc, Xinzhi Wangd, Xuliang Denga (2011), “Synthesis of Fe3O4 nanoparticles and their
magnetic properties”, Procedia Engineering, vol. 27, pp. 632 – 637.
49. YunjinYao (2011),
“Synthesis,characterization,andadsorptionpropertiesofmagneti c
Fe3O4@graphenenanocomposite’’,ChemicalEngineeringJour
nal, vol.184, pp. 326– 332.
50. Zhen Xiao, Yang Xia, Zhaohui Ren, Zhenya Liu,mGang Xu, Chunying Chao, Xiang Li, Ge Shena and Gaorong Han (2012), “Facile synthesis of