Thứ tự C, mol/L A 1 1.10-5 0,45637 2 1,25.10-5 0,55682 3 1,5.10-5 0,66682 4 2,0.10-5 0,88551 5 2,5.10-5 1,1204 Đồ thị đường chuẩn MB y = 44336x + 0.0056 R2 = 0.9994 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.000005 0.00001 0.000015 0.00002 0.000025 0.00003 Nồng độ C M ật đ ộ q u an g A
Hình 3.13. Phương trình đường chuẩn MB
- Tính hiệu suất phân hủy MB: H = Co C Co
3.5.2. Thí nghiệm trắng
Trong thí nghiệm này, dung dịch MB được đo mật độ quang theo thời gian nhằm mục đích khảo sát sự tự phân hủy của nó. Các số liệu được nêu trong bảng 3.4.
Bảng 3.4. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm trắng
Thời gian(phút) A C H% t=0 1.0721 2,405.10-5 0 t=15 0.9939 2,229.10-5 7,318 t=30 0.9891 2,218.10-5 7,775 t=45 0.9575 2,147.10-5 10,727 3.5.3. Thí nghiệm 1
Sự phân hủy MB khi chiếu tia UV bởi đèn UV (JSCB- 1200SB) được khảo sát trong khoảng 45 phút. Từ số liệu mật độ quang đo được, tính hiệu suất phân hủy MB và biểu diễn trong bảng 3.5. Có thể nhận thấy khi chỉ chiếu tia UV, sự phân hủy của MB xảy ra chậm, trong 45 phút chỉ phân hủy được hơn 8%.
Bảng 3.5. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 1
Thời gian(phút) A C H% t=0 0.9213 2,065.10-5 0 t=15 0.8784 1,969.10-5 4,648 t=30 0.8713 1,953.10-5 5,423 t=45 0.8464 1,896.10-5 8,184 3.5.4. Thí nghiệm 2
Trong thí nghiệm này chỉ có H2O2 được thêm vào mẫu dung dịch MB nhằm mục đích xác định khả năng oxy hóa MB bằng H2O2 trong điều kiện không có xúc tác kiểu Fenton hay quang hóa. Kết quả trong bảng 3.6 cho
thấy phản ứng cũng xảy ra tương đối chậm, trong 45 phút chỉ phân hủy hơn 20% MB.
Bảng 3.6. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 2
Thời gian(phút) A C H% t=0 0.5101 1,138.10-5 0 t=15 0.4585 1,022.10-5 10,193 t=30 0.4381 0,976.10-5 14,235 t=45 0.4086 0,909.10-5 20,123 3.5.5. Thí nghiệm 3
Trong thí nghiệm 3, chúng tôi chỉ cho thêm vật liệu nano Fe3O4 đã điều chế ở trên và khuấy đều. Sự giảm mật độ quang của dung dịch MB có thể do sự phân hủy MB như các mẫu trên hoặc đồng thời do sự hấp phụ MB trên vật liệu Fe3O4. Tuy nhiên tốc độ mất màu cũng không cao (bảng 3.7).
Bảng 3.7. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 3
Thời gian(phút) A C H% t=0 0.4440 0,989.10-5 0 t=15 0.3225 0,715.10-5 27,704 t=30 0.3034 0,672.10-5 32,052 t=45 0.2860 0,632.10-5 36,097 3.5.6. Thí nghiệm 4
Sử dụng đồng thời H2O2 và nano Fe3O4 xử lý dung dịch MB, chúng tôi thu được số liệu trong bảng 3.8. Không có sự khác nhau đáng kể với trường hợp chỉ dùng Fe3O4, thậm chí giá trị H còn thấp hơn một chút. Điều này cho thấy vật liệu Fe3O4 không có tính chất xúc tác trực tiếp cho sự tạo thành gốc OH để oxy hóa MB.
Bảng 3.8. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 4 Thời gian(phút) A C H% t=0 0,8229 1,843.10-5 0 t=15 0,6878 1,539.10-5 16,494 t=30 0,6140 1,372.10-5 25,556 t=45 0,5621 1,255.10-5 31,904 3.5.7. Thí nghiệm 5
Dung dịch MB được xử lý với H2O2 có mặt Fe3O4 và chiếu tia UV. Số liệu thực nghiệm ở bảng 3.9 cho thấy sau 45 phút đã phân hủy được 35% hàm lượng MB.
Bảng 3.9. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 5
Thời gian(phút) A C H% t=0 0.6927 1,550.10-5 0 t=15 0.6376 1,425.10-5 8,064 t=30 0.4627 1,031.10-5 33,483 t=45 0.4519 1,007.10-5 35,032 3.5.8. Thí nghiệm 6
Với thành phần dung dịch xử lý MB giống như trên, gồm H2O2, nano Fe3O4 , dung dịch được phơi dưới ánh nắng mặt trời và đo sự biến đổi mật độ quang. Số liệu thu được ở bảng 3.10 cho thấy tốc độ mất màu MB rất nhanh, chỉ sau 9 phút đã giảm tới 30%.
Bảng 3.10. Biến thiên H% theo thời gian của MB trong thí nghiệm 6
Thời gian (phút) A C H%
t=0 0.65699 0.0000143 0
t=3 0.59534 0.000013 9.1
t=9 0.4578 0.00001 30.07
Để đánh giá tính chất xúc tác, chúng tôi dựng đồ thị biến thiên hiệu suất phân hủy MB theo thời gian. Đường biến thiên càng dốc nghĩa là tốc độ mất màu MB càng nhanh. TN trắng: y = 0.2175x+ 1.547; TN1: y = 0.2493x + 1.7811 TN2: y = 0.4228x+ 1.477; TN3: y = 1.2234x + 3.7716 TN4: y = 0.5885 x+0.8987 TN5: y = 2.623x – 0.46
TN6: y = 3.3797x – 0.346
Hình 3.14. Sự biến thiên hiệu suất phân hủy MB theo thời gian
Dựa trên độ dốc của các đường biến thiên sự phụ thuộc của hiệu suất phân hủy MB (H) vào thời gian có thể thấy rõ sự có mặt vật liệu nano từ Fe3O4 đã làm tăng rõ rệt tốc độ phân hủy MB dưới tác dụng của chất oxi hóa H2O2. Điều đó chứng tỏ vật liệu nano từ magnetit Fe3O4 mà chúng tôi điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa có tác dụng xúc tác đối với phản ứng phân huỷ MB bởi H2O2. Tác dụng xúc tác này theo chúng tôi có bản chất của kiểu phản ứng Fenton xúc tác dị thể.
Mặt khác, bột nano oxit sắt từ sau khi làm chất xúc tác cho thí nghiệm còn thu lại được và tái sử dụng cho các nghiên cứu tiếp theo.
Hình 3.15. Thu hồi xúc tác nano Fe3O4 sau thí nghiệm phân hủy MB
KẾT LUẬN
1. Chúng tôi đã điều chế được vật liệu nano oxit sắt từ Fe3O4 dạng hạt bằng phương pháp đồng kết tủa. Kích thước hạt vào khoảng 10 nm. Nhiệt độ tăng làm giảm kích thước hạt. Chúng tôi chọn cách điều chế vật liệu ở 700C nồng độ tiền chất FeCl2 và FeCl3 0,1M, nồng độ kiềm NaOH khoảng 7,5%, cho dung dịch Fe(II) Fe(III) vào dung dịch kiềm, khuấy liên tục. 2. Vật liệu magnetite Fe3O4 có cấu trúc spinel nghịch được xác nhận từ phổ XRD (hình 3.5), phổ XRD của Fe3O4 khác hẳn với Fe2O3, từ độ bão hòa của mẫu Fe3O4 điều chế ở 700C là lớn nhất, đạt 33,51(emu/g). Các mẫu vật liệu đều có lực kháng từ rất nhỏ, gần như bằng không. Đây là loại vật liệu siêu thuận từ.
3. Vật liệu nano từ Fe3O4 có tính chất xúc tác Fenton dị thể trong phản ứng phân hủy MB với H2O2 có chiếu ánh sáng mặt trời hoặc UV. Việc thu hồi vật liệu nano oxit sắt từ sau khi xúc tác rất thuận lợi dưới tác dụng lực từ của nam châm.
Do đó, có thể tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp và thử nghiệm trên thuốc nhuộm vải công nghiệp nhằm ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Phan Thị Ngọc Bích, Nguyễn Thị Kim Thanh, Phạm Văn Lâm (2007), Điều chế nano oxit sắt từ Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa và phương pháp phân hủy nhiệt, (phần 1: phương pháp đồng kết tủa điều chế Fe3O4), Tạp chí phân tích Hóa, Lý và sinh học- Tập 12, số 4/2007.
[2] Dương Hiếu Đẩu, Lâm Văn Ngoán , Lê Minh Tùng và Trần Hoàng Hải (2011), Tổng hợp hạt nano siêu thuận từ Fe3O4 và qui trình phủ lớp vỏ trên hạt nano Fe3O4, Tạp chí Khoa học 2011: 19a 38-46- Trường Đại Học Cần Thơ.
[3] Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung (2007), Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt nanô Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 23 (2007) 231-237.
[4] Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hoàng Hải và Trần Mậu Danh, Chế tạo và ứng dụng hạt nano từ tính trong y sinh học (Báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23-25/11/2005)
[5] Các phương pháp chế tạo vật liệu nano (Hóa học ngày nay.com), Nguồn cyberchemvn.com.
[6] Tài liệu từ mạng Internet.
[7] Nguồn:www.baoxaydung.com.vn [8] Nguồn:www.doko.vn
Tiếng Anh
[9] Pedro J.J. Alvarez, Qilin Li, Xiaolei Qu (2013). Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment. Water research 47, 3931-3946.
[10] K.buschow, F, de Boer (2000), Physics of magnetism and magnetic material, Der Universitat Duisburg.
[11] D. Harikishore Kumar Reddy, Seung-Mok Lee (2013). Application of magnetic chitosan composites for the removal of toxic metal and dyes from aqueous solutions. Advances in Colloid and Interface Science 201–202, 68- 93
[12] Xue Mei Li, Gaojie Xu, Yue Liu and Tao He (2011), Magnetic Fe3O4 Nanoparticles: Synthesis and Application in Water Treatment, Nanoscience & Nanotechnology- Asia, 14-24.
[13] Zhaoyang Liu, Hongwei Bai, Jonathan Lee, Darren Delai Sun (2011), Royal Society of Chemistry (ACS).
[14] Wei Wu, Quanguo He, Changzhong Jiang (2008), Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies, (Nanoscale Res Lett), 397 - 415.