III.3.1. Xác định điều kiện tối ưu đối với phản ứng khử màu hoạt tính trên vật liệu MgO
Tiến hành phản ứng khử màu trên MgO được tổng hợp ở điều kiện nhiệt độ
thủy nhiệt ở 180oC và nung ở 400oC. Phản ứng thực hiện đối với chất màu RB 19 ở
các điều kiện phản ứng khác nhau, để xác định các điều kiện tối ưu cho phản ứng như: khối lượng xúc tác, thời gian phản ứng, nồng độ ban đầu của chất màu, và pH dung dịch.
Hình 3.11.Ảnh hưởng của lượng MgO lên độ chuyển hóa chất màu RB 19
Ảnh hưởng của hàm lượng chất hấp phụ MgO lên hiệu suất khử màu được nghiên cứu ở các điều kiện: nồng độ ban đầu của chất màu Co= 0,1 g/l, pH của dung dịch là 7, và thời gian phản ứng là 20 phút, với hàm lượng MgO thay đổi trong khoảng 0,005-0,12 g. Sau thời gian phản ứng dung dịch được đông tụ và được để
lắng, phần dung dịch sau lắng được đem đi phân tích để xác định lượng chất màu còn dư. Kết quả được trình bày trên Hình 3.11 cho thấy chỉ với hàm lượng MgO là 0,005 g thì hiệu suất khử RB 19 đã đạt 24,22%.
Khi hàm lượng MgO tăng thì hiệu suất khử màu tăng lên, với hàm lượng MgO 0,1 g thì hiệu suất khử màu đạt giá trị cao 98,51%. Điều đó chứng tỏ với hàm lượng 0,1g MgO thì số lượng tâm hoạt tính là đủ để hấp phụ các phân tử RB19 có mặt trong dung dịch, và sau đó tăng hàm lượng MgO đến giá trị 0,12 g không làm tăng hiệu suất khử màu. Do đó, hàm lượng MgO tối ưu đối với quá trình khử MgO là 0,1 g, sau khi đạt giá trị tối ưu thì hiệu suất khử màu không phụ thuộc vào hàm lượng MgO. Khối lượng MgO,g Hi ệ u su ấ t kh ử RB 1 9, %
III.3.1.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch lên hiệu suất khử RB 19
Các thí nghiệm được thực hiện ởđiều kiện: nồng độ ban đầu của chất màu Co= 0,1g/l, thời gian phản ứng là 20 phút, hàm lượng MgO 0,1g, và pH dung dịch thay
đổi trong khoảng từ 3- 12. Kết quả được trình bày trên Hình 3.12 cho thấy hiệu suất khử RB 19 đạt trên 98% ở hầu hết các giá trị pH nghiên cứu, tuy nhiên ở pH= 12 hiệu suất khử RB 19 giảm nhẹ đạt 96,59%. Điều này có thể được giải thích là do
điểm đẳng điện của MgO ở pH= 12,4, do đó trong khoảng pH nghiên cứu sự tách các chất màu RB 19 là do lực hút tĩnh điện giữa các phần tử chất màu (mang điện tích âm) với các tâm hoạt tính trên bề mặt MgO (tích điện dương). Kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất khử RB 19 không phụ thuộc vào pH.
Hình 3.12.Ảnh hưởng của pH dung dịch lên hiệu suất khử RB 19
III.3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên hiệu suất khử RB 19
Thời gian phản ứng (hay thời gian tiếp xúc giữa chất màu xử lý và chất hấp phụ) là một thông số quan trọng ảnh hưởng quá trình hấp phụ. Do đó ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên sự khử chất màu RB 19 đã được nghiên cứu. Các thí nghiệm
được thực hiện ởđiều kiện: Co= 0,1 g/l, hàm lượng MgO 0,1g, pH= 7,76, thời gian
Hi ệ u su ấ t k h ử RB 19, % pH
phản ứng thay đổi trong khoảng từ 1- 20 phút. Kết quả (Hình 3.13) cho thấy chỉ sau thời gian 1 phút tiếp xúc thì hiệu suất khử RB 19 đã đạt 72%, và sau đó khi thời gian tiếp xúc tăng thì hiệu suất khử RB 19 tăng dần, đạt 97% với thời gian tiếp xúc 15 phút, và đạt trên 98% với thời gian tiếp xúc 20 phút. Sau đó hiệu suất khử giảm
đi một chút đạt khoảng 96%, với thời gian phản ứng 25 phút. Do đó thời gian tối ưu
đối với sự khử RB 19 trên vật liệu MgO tổng hợp là 20 phút, đây được xem là thời
điểm sự hấp phụ RB 19 trên MgO đạt trạng thái cân bằng.
Hình 3.13.Ảnh hưởng của thời gian phản ứng lên hiệu suất khử RB 19
III.3.1.4. Ảnh hưởng của nồng độ chất màu lên hiệu suất khử RB 19
Nồng độ chất màu là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ, ảnh hưởng của nồng độ chất màu RB 19 lên hiệu suất khử RB 19 được thực hiện ở các
điều kiện tối ưu: hàm lượng MgO là 0,1g; thời gian phản ứng 20 phút; pH= 7,76, với nồng độ màu thay đổi trong khoảng từ 0,05- 0,3 g/l. Các kết quảđược trình bày trên Hình 3.14 cho thấy hiệu suất khử RB 19 đạt giá trị cao trên 99% với nồng độ
ban đầu RB 19 là 0,05 g/l và trên 98% nồng độ RB 19 là 0,1 g/l. Sau đó, hiệu suất
0 5 10 15 20 25 50 60 70 80 90 100 Hi eu su at k hu RB, %
Thoi gian phan ung, min
Hi ệ u su ấ t k h ử RB 19, % Thời gian phản ứng, phút
khử RB 19 giảm dần từ 97% (với Co của RB 19 là 0,15 g/l) đến 84% (với Co = 0,3 g/l). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả nghiên cứu cho thấy MgO là chất hấp phụ tốt đối với RB 19, nồng độ
màu tối ưu đối với hấp phụ cực đại là 0,1 g/l.
Hình 3.14.Ảnh hưởng của nồng độ chất màu lên hiệu suất khử RB19 Từ các thí nghiệm trên cho phép xác định điều kiện tối ưu đối với phản ứng khử
chất màu RB19 trên vật liệu MgO tổng hợp là: - Hàm lượng MgO: 0,1g
- Độ pH trong khoảng rộng từ 3-12 (chọn pH = 7,76 là pH của dung dịch màu)
- Thời gian phản ứng 20 phút
- Nồng độ ban đầu của dung dịch màu 0,1g/l.
Chúng tôi sẽ tiếp tục khảo sát xác định năng lực hấp phụ RB 19 trên MgO trên các điều kiện tối ưu phản ứng đã xác định được.
III.3.2. Xác định năng lực hấp phụ chất màu hoạt tính RB 19 trên vật liệu MgO 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 50 60 70 80 90 100 Hieu su at k hu RB 19, % Nong do chat m au RB19, g/l Nồng độ chất màu RB19, g/l Hi ệ u su ấ t kh ử RB 1 9, %
Phần thí nghiệm này thực hiện trên tất cả các mẫu MgO tổng hợp ở điều kiện thủy nhiệt 180oC, không thêm CTAB, và có thêm CTAB.
Các kết quả nghiên cứu hấp phụ của RB 19 trên vật liệu MgO được phân tích theo cả hai mô hình của Langmuir và Freundlich và được trình bày trên các Hình 3.15, 3.16, 3.17, 3.18. Các hằng sốđặc trưng cho sự hấp phụ của RB 19 trên vật liệu tổng hợp MgO theo cả hai mô hình được tính toán từđồ thị tuyến tính hồi quy, và
được trình bày ở Bảng 3.2.
Đối với mô hình Langmuir các giá trị qmax và b được xác định từđộ nghiêng và tung độ của điểm cắt của đường Ce/qe- Ce (xem Hình 3.15 và 3.16); đối với mô hình Freundlich các giá trị KF và n được xác định từ đường logqe-logCe (Hình 3.17 và 3.18).
Kết quả cho thấy, trị số (hệ số xác định độ bội) R2 đối với cả hai mô hình đều cao, chứng tỏ rằng hai mô hình Langmuir và Freundlich đều thích hợp để mô tả sự
hấp phụ của RB 19, tuy nhiên R2 trên đường đẳng nhiệt theo mô hình Langmuir cao hơn so với Freundlich, điều đó chứng tỏ mô hình Langmuir phù hợp hơn để mô tả
hấp phụ của RB 19 trên vật liệu MgO tổng hợp. Điều này cho phép giả thuyết rằng sự hấp phụ RB 19 trên bề mặt MgO là đơn lớp, và bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất.
Từ mô hình của Langmuir cho phép xác định năng lực hấp phụ cực đại qmaxđối với RB 19 trên tất cả các mẫu nghiên cứu. Hai mẫu 0CTAB và 2,2CTAB có qmax lớn nhất đạt 250 mg RB 19/ 1 g MgO, mẫu 1,5CTAB có qmax= 166 mg và 2,9CTAB có qmax= 200 mg. Kết quả cho thấy, năng lực hấp phụ phụ thuộc diện tích mao quản trung bình, hai mẫu 0CTAB và 2,2CTAB có Smeso cao nhất nên qmax của hai mẫu đạt giá trị cao nhất. Còn hai mẫu 1,5CTAB và 2,9CTAB có qmax thấp hơn do diện tích Smeso thấp hơn so với hai mẫu còn lại. Mẫu 2,9CTAB có qmax cao hơn 15,CTAB, cho dù Smeso của 2,9CTAB thấp hơn 1,5CTAB, có thể do SBET của 2,9CTAB cao hơn nhiều so SBET của 1,5CTAB.
Bảng 3.2. Năng lực hấp phụ cực đại và các hằng số xác định từ các đường đẳng nhiệt trên các 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 4 0,79
Hình 3.15. Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mô hình Langmuir trên các mẫu 0CTAB và 1,5 CTAB 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 10 20 30 40 50 0CTAB 1.5CTAB Ce Ce /qe
Hình 3.16. Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mô hình Langmuir trên các mẫu 2,2CTAB và 2,9 CTAB
Hình 3.17. Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mô hình Freundlich trên các mẫu 0CTAB và 1,5 CTAB 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 10 20 30 40 50 2.9CTAB 2.2CTAB Ce /qe Ce 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.5 1 1.5 2 1.5CTAB 0CTAB Ce Ce /qe
Hình 3.18. Đường đẳng nhiệt hấp phụ RB 19 theo mô hình Freundlich trên các mẫu 2,2CTAB và 2,9 CTAB
Từđường đẳng nhiệt Freundlich cho phép xác định n trên tất cả các mẫu trong khoảng từ 2,77- 4. Giá trị của n cho thấy MgO là chất hấp phụ tốt đối với RB 19, một số tài liệu cho thấy n= 1÷ 10 biểu diễn khả năng hấp phụ tốt của chất hấp phụ) [25].
III.3.3. Kết luận về khả năng khử chất màu RB 19 trên vật liệu MgO
Kết quả thử nghiệm hoạt tính xúc tác của MgO trong việc loại bỏ mầu với các mầu RB 19 cho thấy khả năng xúc tác rất cao của vạt liệu nano MgO tổng hợp theo phương pháp thuỷ nhiệt. Hiệu suất khử màu của MgO đều đạt tới trên 98%, năng lực hấp phụ khá cao đạt 250 mg/1g xúc tác.
Mặt khác MgO có thể xúc tác phản ứng trong điều kiện pH tương đối rộng từ
3 đến 12. Do đó có thể nói đây là vật liệu rất hiệu quả và có tiềm năng ứng dụng để xử lý chất màu dệt nhuộm. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 ‐0.1 0.4 0.9 1.4 1.9 2.2CTAB 2.9CTAB LogCe L ogq e
KẾT LUẬN
Vật liệu kích thước nano MgO với đặc tính bề mặt cao đã và đang là đề tài nghiên cứu thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Với đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và xác định đặc trưng của vật liệu oxit nano MgO và nghiên cứu khả năng khử chất màu xanh hoạt tính RB 19” đã thu
được những kết quả như sau:
1. Vật liệu nano MgO đã được điều chế bằng phương pháp thuỷ nhiệt ở các
điều kiện:
- Nhiệt độ thuỷ nhiệt 140oC trong 24 h, nhiệt độ nung ở 450oC trong 3h - Nhiệt độ thuỷ nhiệt 160oC, hoặc 180oC trong 24h và nung ở 400oC trong
3h.
- Bằng phương pháp phân tích XRD cho phép khẳng định:
• Các điều kiện tổng hợp như nhiệt độ thuỷ nhiệt, nhiệt độ nung có ảnh hưởng tới sự tạo thành pha MgO.
• Trong đó, ở nhiệt độ thủy nhiệt cao thì dễ tạo pha oxit MgO được hình thành ở nhiệt độ nung thấp hơn, tuy nhiên vật liệu tạo ra có sự co cụm giữa các hạt với nhau, các hạt có hình dạng hình cầu hoặc hình que không đồng đều, kích thước trung bình là 43 nm, hoặc 77nm (dài)/22 nm (đường kính)
2. Sử dụng chất hoạt động bề mặt CTAB đểđiều khiển hình thái học và kích thước hạt nano của vật liệu
- Kết quả phân tích XRD cho thấy, trên tất cả các mẫu pha chính là MgO đã
được hình thành, tuy nhiên vẫn còn thấy xuất hiện pha tạp Mg(OH)2. Kết quả phân tích SEM cho phép xác định hình thái học của vật liệu. Các hạt các dạng hình thấm với kích thước 49-91 nm, và độ dày khoảng 20 nm. - Kết quả phân tích đường đẳng nhiệt hấp phụ nitơ, cho phép xác định diện
quản. Vật liệu tổng hợp có SBET rất cao từ 267- 330 m2.g-1, kích thước mao quản trung bình khoảng 3 nm.
3. Kết quả nghiên cứu khả năng khử chất màu RB 19 trên vật liệu cho thấy: - Vật liệu MgO có hoạt tính khử rất cao có thể chuyển hóa trên 98% RB
19, trong khoảng pH rộng (3-12) trong 20 phút.
- Sự hấp phụ RB 19 trên MgO tuân theo cả hai mô hình hấp phụ Langmuir và Freundlich.
- Năng lực hấp phụ cực đại qmax của các mẫu đạt từ 166- 250 mg/g MgO
4. Như vậy, vật liệu MgO được tổng hợp bằng phương pháp thuỷ nhiệt có bề
mặt riêng rất cao, năng lực hấp phụ tốt và hứa hẹn là chất xúc tác hấp phụ
KIẾN NGHỊ
- Luận văn này đã điều chế thành công nano oxit MgO với bề mặt riêng cao. - Các nghiên cứu hấp phụ cho thấy đây là vật liệu có khả năng xử lý rất tốt