Trước tiên, xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ As(V) trên vật liệu oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất hấp phụ As(V) được thể hiện trên hình 3.16. Kết quả thực nghiệm cho thấy, quá trình đạt cân bằng hấp phụ sau thời gian khoảng 120 phút (2 giờ). Quá trình hấp phụ sẽ nhanh chóng đạt cân bằng đối với các mẫu được khảo sát ở các giá trị nồng độ As(V) lớn hơn. Đây là thời gian để tiến hành xác định xác định dung lượng hấp phụ bão hòa As(V) của spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4 khi thay đổi nồng độ As(V).
Hình 3.16: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến khả năng hấp phụ As(V)
Tiếp theo, xác định dung lượng hấp phụ bão hòa As(V) theo nồng độ As(V) và biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ bão hòa vào nồng độ còn lại để thu được mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As(V) trên oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4. Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir đối với As(V) trên oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4 được biểu diễn trên hình 3.17. Kết quả thực nghiệm cho thấy, dung lượng hấp phụ cực đại (qmax, mg.g-1) của oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4 đối với As(V) đạt 178 mg.g-1.
Hình 3.17: Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ As(V) trên spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4
r^2=0.99875965 DF Adj r^2=0.99689912 FitStdErr=3.3529193 Fstat=1207.8342 Qmax = 178 mg.g^(-1) 0 20 40 60 80 0 25 50 75 100 125 150 175 0 25 50 75 100 125 150 175
KẾT LUẬN
1. Bằng phương pháp vi nhũ tương đã tổng hợp thành công nano oxit
spinel MnxFe1-xFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1). Điều kiện tối ưu để chế tạo, bao gồm: (i). sử dụng tiền chất là dung dịch hỗn hợp muối clorua của các cation kim loại Fe2++Mn2++Fe3+ phân tán trong dung môi DGDE ở tỷ lệ D/N = 1/3; tổng nồng độ cation kim loại Fe2++Mn2++Fe3+ trong pha dung dịch tương ứng 0,25 M; quá trình phân tán dung dịch muối trong dung môi và đồng kết tủa bằng NaOH 1,5 M ở nhiệt độ 30oC.
2. Sản phẩm Oxit spinel MnxFe1-xFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) được chế tạo ở điều kiện tối ưu có các đặc trưng sau:
+ Đơn pha tinh thể dung dịch rắn thay thế hoàn toàn oxit spinel MnxFe1- xFe2O4 (0 ≤ x ≤ 0.9) được hình thành. Kích thước pha tinh thể trung bình của oxit spinel MnxFe1-xFe2O4 (0 ≤ x ≤ 0.9) có giảm và phụ thuộc vào hàm lượng thay thế x với giá trị trong khoảng 5 nm đến 10 nm; diện tích của mẫu bề mặt của oxit spinel MnxFe1-xFe2O4 (0 ≤ x ≤ 0.9) có tăng và phụ thuộc vào x với giá trị khoảng 130 m2.g-1 đến 200 m2.g-1, cuối cùng độ từ hóa bão hòa của các mẫu thay thế này nằm trong khoảng 24 emu.g-1 đến 32 emu.g-1;
+ Ở điều kiện tương tự, chưa hình thành được đơn pha tinh thể oxit spinel MnFe2O4. Hợp chất vô định hình của oxit mangan ferit là MnFe2O4 có diện tích bề mặt là 203 m2.g-1, độ từ hóa bão hòa đạt 12,6 emu.g-1.
3. Đã xác định khả năng hấp phụ As(V) trên hệ nano oxit spinel MnxFe1- xFe2O4 được chế tạo: Các hợp chất oxit spinel MnxFe1-xFe2O4 có khả năng hấp phụ tốt As(V), hiệu quả hấp phụ đạt cao nhất trên oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4; Dung lượng hấp phụ As(V) cực đại tính theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir của oxit spinel Mn0,1Fe0,9Fe2O4 đạt 178 mg.g-1.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. TIẾNG VIỆT
1. Phạm Hoài Linh (2018), Nghiên cứu chế tạo vật liệu spinel ferit MnxFe3-xO4 có cấu trúc nano và khảo sát khả năng hấp phụ một số kim loại nặng trong nước,
Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu cấp Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội.
2. Nguyễn Thị Tố Loan, Lưu Minh Đại (2010), “Nghiên cứu tổng hợp CoFe2O4
kích thước nanomet bằng phương pháp đốt cháy gel”, Tạp chí Hóa học, 48(4), 404-408.
3. Phạm Luận (2006), Phương pháp phân tích phổ nguyên tử, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.
4. Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình hấp phụ và xúc tác trên bề mặt vật liệu vô cơ mao quản, Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.
5. Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vô cơ, Nhà xuất bản ĐHQGHN, Hà Nội.
II. TIẾNG ANH
6. A. G. Merzhanov, Chemistry of advanced materials, Ed. by CNR Rao, Blackwell Scientific Publication, 1993, Oxford.
7. A. G. Merzhanov, History and Recent Developments in SHS, Ceramics International, 1995, 21, 371 - 379.
8. A. G. Merzhanov, Theory and Practice of SHS: Worldwide state of the art and Newest Results, International Journal of Self Propagating High Temperature, 1993, 2 (2), 113 - 158.
9. C.N.R. Rao, A. Muller, A.K. Cheetham, The Chemistry of Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, 2004, Wiley Verlag GmbH & Co,
Weinheim.
10.C.P. Kashinath, S.T. Aruna, M. Tanu, Combustion synthesis: an update,
Current Opinion in Solid State annd Materials Science, 2002, 6, 507 - 512. 11.Chen R, Zhi C, Yang H, Bando Y, Zhang Z, Sugiur N, et al. Arsenic (V)
adsorption on Fe3O4 nanoparticle-coated boron nitride nanotubes. J Colloid Interface Sci 2011;359:261-8.
12.Chen R, Zhi C, Yang H, Bando Y, Zhang Z, Sugiur N, et al. Arsenic (V) adsorption on Fe3O4 nanoparticle-coated boron nitride nanotubes. J Colloid Interface Sci 2011;359:261-8.
13.Crane RA, Scott TB. Nanoscale zero-valent iron: future prospects for an emerging water treatment technology. J Hazard Technol 2012;211-212:112-25.
14.Dinh Xuan Loc, Tran Thi Thuong Huyen, Nguyen Thu Loan, Man Hoai Nam, Ung Thi Dieu Thuy, Synthesis and adsorption ability of Cr2Fe2O4 spinel nanomaterials for the removal of heavy metal ions and organic dyes from industrial and domestic wastewater, Vietnam Journal of Chemistry, 57(4e1,2), 426-430, 2019.
15.E.A. Souza, J.G.S. Duque, L. Kubota, C.T. Meneses, Synthesis and characterization of NiO and NiFe2O4 nanoparticles obtained by a sucrose - based route, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2007, 68, 594 - 599.
16.Ebner AD, Ritter JA, Ploehn HJ. Feasibility and limitations of nanolevel high gradient magnetic separation. Sep Purif Technol 1997;11:199-210.
17.G. Will, Powder Diffraction - The Rietveld Method and the Two Stage Method to Determine and Refine Crystal Structures from Powder Diffraction Data, Springer, 2006, Germany.
18.Gilchrist R.K. Shorey, W.D., Hanselman R.C., Parrott J.C. Taylor C.B (1957), Selective inductive heating of lymph nodes, Annals of Surgery, 146: pp. 596-606.
19.Gupta A.K., Gupta M (2005), Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications, Biomaterials, Biomaterials, 26:
pp. 399-4021.
20.H.J. Kweon, D.G. Park, S.T. Kuk, H.B. Park, K. Kim, Synthesis of La1- xSrxCoO3 (x ≤ 0,2) at low temperature from PVA-polymeric Gel Precursors,
Bulletin of the Korean Chemical Society, 1996, 18 (12), 1249 - 1255.
21.Hu J, Chen GH, Lo IMC. Removal and recovery of Cr(VI) from wastewater by maghemite nanoparticles. Water Res 2005;39:4528-36.
22.Hu J, Lo IMC, Chen GH. Comparative study of various magnetic nanoparticles for Cr(VI) removal. Sep Purif Technol 2007;56:249-56.
23.J.W.Neimentsverdriet, Spectroscopy in Cataysis: an Introduction, Wiley- VCH, 2007.
24.Jiang W, Chen X, Niu Y, Pan B. Spherical polystyrene-supported nano-Fe3O4
of high capacity and low-field separation for arsenate removal from water. J Hazard Mater 2012;243:319-25
25.John Zhang Z., Zhong L., Wang., Bryan C. Chakoumakos, Jin S. Yin (1998),
Temperature Dependence of Cation Distribution and Oxidation State in Magnetic Mn-Fe Ferrite Nanocrystals, Journal of American Chemical Society, 120: pp. 1800-1804.
26.M.C.N. Thais. A.C. Rosemany, J.A.S. Paulo, M.B.Q. Ana, S.F. Javier, The effect of the degree of hydrolysis of the PVA and the plasticizer concentration on the color, opacity, and thermal and mechanical properties of films based on PVA and gelatin blends, Journal of Food Engineering, 2008, 87, 191 - 199.
27.Mak S-Y, Chen D-H. Fast adsorption of methylene blue on polyacrylic acid- bound iron oxide magnetic nanoparticles. Dyes Pigments 2004;61:93-8. 28.Masciangioli T, Zhang WX. Environmental technologies at the nanoscale.
Environ Sci Technol.
29.Masciangioli T, Zhang WX. Environmental technologies at the nanoscale. Environ Sci Technol 2003;37:102A-8A.
30.Nam T. S. Phan, Christopher W. Jones, Highly accessible catalytic sites on recyclable organosilane-functionalized magnetic nanoparticles: An alternative to functionalized porous silica catalysts, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 253 (2006) 123–131
31.P. Sivakumar, R. Ramesh, A. Ramanand, S. Ponnusamy, C. Muthamizhchelvan, Synthesis and characterization of NiFe2O4 nanoparticles and nanorods, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 563, 6 - 11.
32.P. Sivakumar, R. Ramesh, A. Ramanand, S. Ponnusamy, C. Muthamizhchelvan, Synthesis and characterization of NiFe2O4 nanoparticles and nanorods, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 563, 6 - 11.
33.P.B. Moriceau, A. Pennequin, B. Grzybowska, Y. Barbaux, Oxidative dehydrogenation of propane on Ni-Ce-O oxide: effect of the preparation method, effect of potassium addition and physical characterization, Applied Catalysis A: General, 2003, 245, 55 - 67.
34.P.L. Gai, E.D. Boyes, Electron microscopy in heterogeneous catalysis, IOP Publishing Ltd, 2003.
35.Pankhurst Q.A., Connolly J., Jones S.K., Dobson J (2003), Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine, Journal of Physics: D Applied Physics, 36: pp. R167-R181.
36.S.C.O. Hugh, A. Navrotsky, Simple spinels: crystallographic parameters, cation radii, lattice energies, and cation distribution, American Mineralogist,
1983, 68, 181 - 194.
37.Song J, Kong H, Jang J. Adsorption of heavy metal ions from aqueous solution by polyrhodanine-encapsulated magnetic nanoparticles. J Colloid Interface Sci 2011;359:505-11.
38.Sun Y, et al. An improved way to prepare superparamagnetic magnetite-silica core-shell nanoparticles for possible biological application. J Magn Magn Mater 2005;285:65-70.
39.Tang SCN, Lo IMC. Magnetic nanoparticles: essential factors for sustainable environmental applications. Water Res 2013;47:2613-32.
40.Tratnyek PG, Johnson RL. Nanotechnologies for environmental cleanup. Nano Today 2006;1:44-8.
41.United States Environmental Protection Agency. List of drinking water contaminants for various substances in the US. Retrieved [October 28th 2013], from http://water.epa.gov/drink/contaminants/index.cfm#List.
42.Vestal CR, Zhang ZJ. Synthesis and magnetic characterization of Mn and Co spinel ferritesilica nanoparticles with tunable magnetic core. Nano Lett 2003;3:1739-43.
43.Wang J, et al. Amino-functionalized Fe3O4@SiO2 core-shell magnetic nanomaterial as a novel adsorbent for aqueous heavy metals removal. J Colloid Interface Sci 2010;349:293-9.
44.Wang L, et al. A biocompatible method of decorporation: biphosphonate- modified magnetite nanoparticles to remove uranyl ions from blood. J Am Chem Soc 2006;128:13358-9.
45.Wang L, Li J, Wang Y, Zhao L, Jiang Q. Adsorption capability for Congo red on nanocrystalline MFe2O4 (M¼Mn, Fe, Co, Ni) spinel ferrites. Chem Eng J 2012;181-182: 72-9.
46.Wang L, Yang Z, Gao J, Xu K, Gu H, Zhang B, et al. A biocompatible method of decorporation: biphosphonate-modified magnetite nanoparticles to remove uranyl ions from blood. J Am Chem Soc 2006;128:13358-9.
47.Wang Q, Application of magnetic extractant for the removal of hexavalent chromium from aqueous solution in high gradient magnetic separator. Chem Eng J 2012;183:339-48.
48.Warner CL, Addleman RS, Cinson AD, Droubay TC, Engelhard MH, Nash MA, et al. Highperformance, superparamagnetic, nanoparticle-based heavy metal sorbents for removal of contaminants from natural waters. ChemSusChem 2010;3:749-57.
49.Warner CL, et al. Highperformance, superparamagnetic, nanoparticle-based heavy metal sorbents for removal of contaminants from natural waters. ChemSusChem 2010;3:749-57.
50.World Health Organization. Guidelines for drinking-water quality, 4th edition. Retrieved [October 28th 2013], from http://www.who.int/water_sanitation_health/publications/2011/dwq_guideli nes/en/index.
51.Xiong Z, Zhang L, Zhang R, Zhang Y, Chen J, Zhang W. Solid-phase extraction based on magnetic core-shell silica nanoparticles coupled with gas chromatography-mass spectrometry for the determination of low concentration pesticides in aqueous samples. J Sep Sci 2012;35:2430-7. 52.Xu P, Zeng GM, Huang DL, Feng CL, Hu S, Zhao MH, et al. Use of iron
oxide nanomaterials in wastewater treatment: a review. Sci Total Environ 2012;424:1-10.
53.Yang GCC, Wu M-Y. Injection of nanoscale Fe3O4 slurry coupled with the electrokinetic process for remediation of NO3 in saturated soil: remediation performance and reaction behavior. Sep Purif Technol 2011;79:272-7.
54.Yavuz CT, Mayo JT, Yu WW, Prakash A, Falkner JC, Yean S, et al. Low- field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals. Science 2006;304:964-7.
55.Yavuz CT, Mayo JT, Yu WW, Prakash A, Falkner JC, Yean S, et al. Low- field magnetic separation of monodisperse Fe3O4 nanocrystals. Science 2006;304:964-7.
56.Yean S, Cong L, Yavuz CT, Mayo JT, Yu WW, Kan AT, et al. Effect of magnetite particle.
57.Zhang J, Zhai S, Li S, et al. Pb(II) removal of Fe3O4@SiO2-NH2 core-shell nanomaterials prepared via a controllable sol-gel process. Chem Eng J 2013;215-216:461-71.
58.Zhang S, Niu H, Cai Y, Zhao X, Shi Y. Arsenite and arsenate adsorption on coprecipitated bimetal oxide magnetic nanomaterials: MnFe2O4 and CoFe2O4. Chem Eng J 2010;158:599-607.
59.Zhang X, Nui H, Pan Y, Shi Y, Cai Y. Chitosan-coated octadecyl- functionalized magnetite nanoparticles: preparation and application in extraction of trace pollutants from environmental water samples. Anal Chem 2010;82:2363-71.
60.Zhao X, Wang J, Wu F, Wang T, Cai Y, Shi Y, et al. Removal of fluoride from aqueous media by Fe3O4@Al(OH)3 magnetic nanoparticles. J Hazard Mater 2010;173:102-9.
PHỤ LỤC
MỘT SỐ KẾT QUẢ KHẢO SÁT, ĐO ĐẠC, PHÂN TÍCH LIÊN QUAN Các mẫu đo BET
Giản đồ XRD mẫu Mn0,5Fe0,5Fe2O4 nung ở 800oC
Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - NMF26
00-013-0534 (D) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 57.39 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 5.03100 - b 5.03100 - c 13.73700 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 6 - 301.114 - I/I File: NinhVKHVL NMF26.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 ° - End: 80.000 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 11 s - 2-Theta: 20.000 ° - Theta: 10.000 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 0.00 °
Li n (C ps) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 2-Theta - Scale 20 30 40 50 60 70 80 d = 2 .6 9 9 d = 2 .5 1 8 d = 2 .2 0 6 d = 2 .0 7 1 d = 1 .8 4 2 d = 1 .6 9 5 d = 1 .5 9 5 d = 1 .4 8 7 d = 1 .4 5 3 d = 1 .3 7 0 d = 1 .2 5 8 d = 1 .2 2 0
Kết quả xác định dung lượng hấp phụ theo nồng độ As(V) ban đầu Nồng độ ban đầu, mg.L-1 Nồng độ còn lại, mg.L-1 Dung lượng hấp phụ, mg.g-1 10 0.6 47 30 3.4 133 50 17.2 164 100 65.8 171 120 85.2 174
Kết quả xác định thời gian đạt cân bằng hấp phụ Thời gian phản ứng, phút Nồng độ ban đầu, mg.L-1 Nồng độ còn lại, mg.L-1 30 10 5,3 60 10 0,16 120 10 0,07 240 10 0,06
+ Thể tích dung dịch mỗi lần thí nghiệm là 100 ml, + khối lượng chất hấp phụ là 0,02 g