2.1.2.1. Qui trình tổng hợp
FB được tổng hợp theo quy trình của chúng tôi, gồm ba giai đoạn, theo sơ đồ được đưa trên Hình 2.1
Giai đoạn 1 - Biến tính bentonite thành huyền phù dạng tách lớp (nanoclay): Bentonite được khuấy 12 h trong nước cất với tỷ lệ khối lượng (tỉ lệ KL) bentonite/nước = 1/80. Sau đó, thêm PEG vào huyền phù theo tỷ lệ KL bentonite/ PFG =2:1, khuấy hỗn hợp trong 6 h. Điều chỉnh pH của huyền phù bằng dung dịch NaOH đến pH = 12, siêu âm 10 phút sử dụng đầu phát siêu âm của máy siêu âm LSP- 500 công suất 500 w, tần số 20 KHz (Industrial sonomechanics – Mỹ)
Giai đoạn 2 - Tổng hợp Fe3O4 trên chất mang bentonite tách lớp:
Dung dịch hỗn hợp FeSO4 + FeCl3 được chuẩn bị trong nước bão hoà khí Ar với tỷ lệ mol Fe2+/Fe3+ = 1/2 và nồng độ Fe2+ khoảng 0.1 M. Lượng dung dịch hỗn hợp được tính sao cho hàm lượng của Fe3O4 trong nanocomposite có tỷ lệ KL Fe3O4/bentonite theo mong muốn.
Dung dịch NaOH 1M được chuẩn bị với lượng được tính dư cho phản ứng kết tủa: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- = Fe3O4 + 4H2O.
Thêm dung dịch hỗn hợp muối sắt vào huyền phù bentonite với tốc độ 1,5 ml/ph. Đồng thời, thêm từ từ một cách có kiểm soát dung dịch NaOH 1 M để điều chỉnh pH của huyền phù luôn trong khoảng 11-12. Sau khi thêm hết dung dịch, hỗn hợp tiếp tục được khuấy trong 30 phút, sau đó được già hoá ở 80oC trong 2 h.
Giai đoạn 3 - Rửa, thiết kế hệ thống xốp, lọc, sấy và nung:
Hỗn hợp phản ứng sau giai đoạn 2 được rửa gạn bằng nước cất đến pH trung tính.
- Các mẫu không thêm tinh bột (TB) được ly tâm trực tiếp, sau đó sấy ở 80oC. Trong một số thí nghiệm mẫu được nung ở các nhiệt độ khác nhau.
- Các mẫu có tinh bột: Thêm TB vào hỗn hợp (theo tỷ lệ KL) TB/sản phẩm = 1/10. Khuấy 30 phút, sau đó lọc, thu được sản phẩm dạng gel. Khối gel được sấy khô ở 80oC và nung ở các nhiệt độ khác nhau.
2.1.2.2. Nghiên cứu lựa chọn thành phần vật liệu và chế độ nung:
Thành phần của FB và chế độ nung vật liệu được lựa chọn trên cơ sở sản phẩm có hiệu suất hấp phụ tốt As(V) và có độ bền cao.
Qui ước kí hiệu mẫu: Các mẫu FB (bao gồm cả mẫu Fe3O4 không có bentonite), được kí hiệu là FBm-T với m là thành phần % khối lượng (% KL) Fe3O4 trong mẫu và T là nhiệt độ sấy/nung mẫu.
Hiệu suất hấp phụ As(V) được xác định trong cùng một điều kiện hấp phụ (nồng độ dung dịch As(V) 100 µg/l; pH= 6,5; hàm lượng chất hấp phụ 0,1 g/l , tốc độ lắc 60 v/ph, thời gian tiếp xúc 120 phút) trên hai dãy mẫu.
Dãy 1: Gồm 5 mẫu vật liệu sấy ở 80 oC có thành phần khác nhau (các mẫu FB25- 80, FB50-80, FB75-80, FB90-80 và FB100-80), nhằm xem xét ảnh hưởng của thành phần Fe3O4 đến hiệu suất hấp phụ As(V).
Dãy 2: Gồm 4 mẫu FB75-T được thêm TB với tỉ lệ TB/FB = 1/10, và nung 5 h ở
các nhiệt độ khác nhau (các mẫu FB75-80, FB75-250, FB75-350 và FB75-500), nhằm xem xét ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến hiệu suất hấp phụ As(V).
Độ bền hóa học của vật liệu theo nhiệt độ nung được xem xét trên 4 mẫu FB75- T. Một lượng 0,5 g mỗi mẫu FB75-T được cho vào 100 ml nước cất, sau đó điều chỉnh pH = 4 (sử dụng dung dịch HCl 0,1 M và NaOH 0,1M). Các mẫu được lắc với tốc độ 120 v/ph. Sau mỗi giờ mẫu lại được điều chỉnh pH = 4. Sau 10 giờ, thêm nước cất vào các mẫu đến 150 ml, lọc và xác định nồng độ Fe tổng hòa tan trong dung dịch bằng phương pháp hấp thụ nguyên tử (AAS) trên máy Perkin Elmer 3300.
Các mẫu chỉ sấy ở 80 oC đều không thêm TB vì TB chỉ có tác dụng khi phân hủy ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, một số mẫu với tỷ lệ F/B=75/25 không thêm TB cũng được tổng hợp tương tự để so sánh (kí hiệu mẫu M75-T, để phân biệt với các mẫu FB chứa TB).
2.1.2.3. Xác định các đặc trưng:
Vật liệu FB được đặc trưng bằng các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hấp thụ hồng ngoại (FTIR), hiển vi điện tử quét (FE-SEM) và truyền qua (TEM), phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), phương pháp tán xạ ánh sáng động học, đẳng nhiệt hấp phụ khí nitơ, phương pháp đo đường cong từ hoá và phương pháp dịch chuyển pH (drift pH method) để xác định điểm điện tích không (PZC).