2.1.3.1. Qui trình tổng hợp
Trước hết composite oxit hỗn hợp (Fe-Mn)/bentonite (FMB) được tổng hợp theo phương pháp của G. Zhang và cộng sự [142]. Sau đó, tổng hợp nZVI trong huyền phù FMB bằng phương pháp khử hóa học muối FeCl3 với NaBH4 theo công bố của
Z. Chen và cộng sự [143], thu được IFMB. Quy trình tổng hợp gồm ba giai đoạn (sơ đồ quy trình tổng hợp được đưa trên Hình 2.2):
Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp IFMB
Giai đoạn 1: Chuẩn bị các dung dịch tiền chất và huyền phù bentonite.
Các dung dịch tiền chất được chuẩn bị trong nước cất với nồng độ xác định như trong Bảng 2.1. Huyền phù 10% bentonite tách lớp với lượng bentonite cần thiết theo tính toán được chuẩn bị tương tự như khi tổng hợp vật liệu FB.
Bảng 2.1. Nồng độ (M) của các dung dịch tiền chất trong tổng hợp IFMB Tiền chất
Ký hiệu Nồng độ (M)
Giai đoạn 2: Tổng hợp oxit phức hợp (Fe-Mn)/bentonite (FMB)
a) Trường hợp tỷ lệ mol Fe/Mn ≤ 3: Những lượng cần thiết của dung dịch
KMnO4 và huyền phù bentonite 10% được cho vào cốc thủy tinh và khuấy 30 phút. Thêm từ từ dung dịch FeSO4 và MnCl2, đồng thời sử dụng NaOH 1 M để giữ pH của hệ trong khoảng 7- 8. Sau khi thêm hết dung dịch, tiếp tục khuấy trong 2 h. Tiến hành rửa gạn với nước cất 2 lần, thu được kết tủa có màu nâu đen.
b) Trường hợp tỷ lệ mol Fe/Mn > 3: thực hiện thí nghiệm tương tự như trên nhưng thay thế dung dịch MnCl2 bằng dung dịch FeCl3.
Giai đoạn 3: Tổng hợp nZVI trong huyền phù FMB để tạo thành IFBM
Chuyển các kết tủa thu được ở giai đoạn 2 vào bình cầu 3 cổ (có khuấy cơ), dung dịch FeCl3 và ethanol tuyệt đối được thêm vào với tỉ lệ thể tích FeCl3/ethanol = 1/4. Sục khí N2 trong 15 phút để đuổi oxy. Tiếp theo, phản ứng khử hình thành nZVI được thực hiện bằng cách thêm từ từ dung dịch NaBH4 với tốc độ 5 ml/ph trong khi vẫn khuấy mạnh và sục khí N2. Sau khi thêm hết dung dịch NaBH4, tiếp tục khuấy ở nhiệt độ phòng trong 4 h. Sản phẩm sau đó được rửa bằng nước khử ion, cuối cùng rửa lại bằng ethanol tuyệt đối để làm bền Fe0 [144]. Ly tâm thu phần chất rắn, làm khô bằng phương pháp đông khô (nhiệt độ -60oC, áp suất 200-300 mmHg) rồi nghiền mịn khối rắn xốp, thu được các mẫu vật liệu composite IFMB.
2.1.3.2.. Tối ưu hóa thành phần IFMB:
Sử dụng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM) để tối ưu hóa các thành phần của IFMB cho mục tiêu loại bỏ thuốc nhuộm RY-145. Sử dụng thiết kế bậc hai Box- Behnken với ba biến độc lập. Thí nghiệm được tiến hành trên 15 mẫu IFMB đã được tổng hợp, mỗi mẫu có khối lượng 10 g với hàm lượng bentonite, nZVI và tỷ lệ mol Fe/Mn của FMB khác nhau (sẽ được trình bày trong Chương 3, Bảng 3.13). Thành phần vật liệu IFMB được lựa chọn trên cơ sở kết quả tối ưu hóa.
Để đánh giá và kiểm tra tính tương thích của mô hình với kết quả thực nghiệm, tiến hành tổng hợp ba mẫu có thành phần đã được tối ưu hóa, sau đó xác định hiệu suất hấp phụ thuốc nhuộm RY-145 của chúng. Tính giá trị hiệu suất thực nghiệm trung bình từ các kết quả thu được. Sai số (Δ%) giữa giá trị hiệu suất hấp phụ tính tối ưu theo mô hình (Kqtt) và giá trị hiệu suất hấp phụ trung bình xác định bằng thực nghiệm (Kqtn) được tính theo công thức:
(%) =
2.1.3.3. Xác định các đặc trưng:
Đặc trưng của các mẫu vật liệu IFMB được phân tích bằng các phương pháp XRD, SEM, EDX và được xác định giá trị PZC.