Silica có diện tích bề mặt, thể tích mao quản, và độ bền cao trong nhiều loại dung môi, là chất hấp thụ nền rất tốt. Bề mặt silica chứa một số lớn nhóm Hydroxyl (-OH), nhóm này thì không bị biến đổi rõ ràng khi kết hợp với organoalkoxysilane.
Các nhà khoa học đặc biệt chú ý đến biến tính silica để tăng các đặc tính của vật liệu. Kocjan và các cộng sựđã biến tính silica với các nhân sunfonat để tách loại ion kim loại. Vật liệu được điều chế bằng cách cho silica phản ứng với NH4+ và một anion là tác nhân tạo sunfonat. Vật liệu này có thể thu hồi lượng lớn kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ trong nước thải. Đặc biệt chúng được sử dụng trong cột sắc ký, có khả năng lưu giữ tốt các kim loại tạo phức (Kocjan, 1996).
Tại Việt Nam, tác giả Trần Hồng Hà đã nghiên cứu quá trình tách loại urani bằng cột silica. Kết quả chỉ ra rằng, urani bị loại bỏ hoàn toàn khi cho chạy qua cột với dung môi HNO3 4.5M. Cột nhồi bằng silica có đường kính 0,2 - 0.5 mm, xử lý bằng HNO3 5M.
Nhìn chung, việc chức năng hóa silica có thể tiến hành bằng 2 phương pháp. Thứ nhất là phương pháp đồng kết tủa giữa silica và organoalkoxysilane để tạo thành silica được chức năng hóa. Ở phương pháp thứ 2, nhóm chức được gắn vào chất nền silica bằng phản ứng kết hợp giữa các nhóm silanol trên bề mặt silica với organosilane. Tùy thuộc vào yêu cầu đối với vật liệu, chức năng hóa có thể tiến hành theo 2 hoặc 3 bước. Có nhiều
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 20
loại nhóm chức dùng biến đổi silica để hấp phụ kim loại nặng, trong sốđó thì nhóm chức thiol và amin là phổ biến nhất. Trên lí thuyết, aminoalkoxysilane đã được nghiên cứu và thể hiện tính tiện dụng trong cả phản ứng chức năng hóa và hấp phụ kim loại nặng của vật liệu (Dang Viet Quang et al, 2012).
Trong nghiên cứu của mình về dùng silica được chức năng hóa bởi amin để loại bỏ đồng ra khỏi dung dịch nước, Dang Viet Quang và các cộng sự (2012) đã chứng minh rằng sự hấp thụ Cu2+ tối đa là 33,45mg/g khi dùng vật liệu được chức năng hóa bởi amin với nồng độ 3-Aminopropyltriethoxysilane (3-APTES) ban đầu là 2,52 mmol/g.
Bề mặt của silica hoạt tính được biết đến là có một số lớn các nhóm - OH. Từ những nhóm -OH này, silica có thể được chức năng hóa bởi các nhóm chức khác nhau. Thành phần của nhóm -OH phụ thuộc vào đặc tính của silica. Tuy nhiên, khả năng nhận vào của nhóm chức cũng phụ thuộc vào cấu trúc của chất nền silica. Silica có thể tích mao quản cao hơn có thể chứa nhiều hơn các nhóm chức -OH, nhưng kích cỡ mao quản chỉ nên đủ lớn để có thể cho phép sự xâm nhập của các nhóm chức amin phù hợp. Trong thí nghiệm này, silica có diện tích bề mặt BET là 331,4m2/g và thể tích mao quản 1,38 cm3/g và kích thước mao quản 173Å được dùng để chức năng hóa với 3- APTES. Tỉ lệ 3-APTES/Silica biến động từ 0,63 mmol/g to 5mmol/g (Dang Viet Quang and J. K, 2012).
Ảnh hưởng của đặc tính silica tới sự hấp phụ của vật liệu: nghiên cứu của Đặng Viết Quang cho thấy sự hấp phụ đồng của vật liệu liên quan chặt chẽđến các đặc tính của silica. Khả năng hấp phụ Cu2+ của vật liệu silica tăng thì diện tích bề mặt BET, thể tích mao quản và kích thước mao quản sẽ lớn. Ngoài ra, kích thước và thể tích mao quản càng lớn thì càng nhiều các nhóm chức amin được cố định lên trên bề mặt silica. Ảnh hưởng của pH, NH3 đến sự hấp phụ Cu2+ của vật liệu cũng được nghiên cứu. Kết quả thực nghiệm cho thấy pH từ 5-6 là điều kiện lý tưởng cho quá trình hấp phụ Cu2+ (Dang Viet Quang and J. K, 2012).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 21