a. Điều chế nano Fe3O4
- Việc điều chế các hạt nano từ tính Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa. Các hạt Fe3O4 đựợc tạo thành khi cho dung dịch hỗn hợp Fe3+ và Fe2+ với tỉ lệ mol là 2:1, bằng cách lấy 4ml dung dịch Fe2+ 0,5M; 4ml dung dịch Fe3+ 1M cho vào bình tam giác 250 ml, khuấy từ trong vòng 1 phút để các ion hòa lẫn vào nhau, sau đó nhỏ từ từ dung dịch NH4OH 25% từ trên buret xuống với tốc độ 1 giọt/s, phản ứng xảy ra ở nhiệt độ phòng (~ 25oC), có thể gia nhiệt để quá trình xảy ra triệt để và được đậy kín trong quá trình khuấy. Hạt oxit sắt từ tạo thành ở dạng kết tủa màu đen, sau phản ứng đặt một miếng nam châm ở đáy cốc, các hạt Fe3O4 bị từ tính hút lắng đọng xuống dưới, rửa kết tủa bằng nước cất vài lần để đảm bảo loại hết các chất không mong muốn như muối NH4Cl mới tạo thành, các muối sắt hoặc dung dịch NH4OH dư.
+ Sau bước này ta thu được bột Fe3O4 bằng cách đem sấy kết tủa trên ở nhiệt độ 40oC trong 20h. Sau đó cân lượng oxit sắt sau khi sấy (m), tính hiệu suất tạo Fe3O4 theo công thức (2.1)
(%) (2.1) Với mtt là khối lượng oxit sắt từ theo thực tế. mlt là khối lượng oxit sắt từ theo lý thuyết.
+ Dung dịch nano Fe3O4được chuẩn bị bằng cách sau khi thu được kết tủa Fe3O4, rửa kết tủa vài lần bằng nước cất, ta không sấy mà thêm khoảng 20 ml dung dịch acid perchloric 2M vào cốc chứa kết tủa, khuấy đều, dùng máy đánh sóng siêu âm để các hạt Fe3O4 phân tán vào trong dung dịch tốt hơn.
+ Dung dịch Fe3O4được đậy kín, tránh tiếp xúc với không khí. Có thể biểu diễn qua sơ đồ sau: Hình 2.1. Sơ đồ điều chế Fe3O4 Sấy ở 40 oC trong 20h Phân bố trong dung dịch axit perchloric 2M Dung dịch Fe2+ có nồng độ 0,5M Dung dịch Fe3+ có nồng độ 1M Dung dịch chứa kết tủa màu đen - Tỉ lệ số mol Fe3+/Fe2+ = 2:1
- Khuấy trong điều kiện nhiệt độ phòng và môi trường thiếu oxi (hỗn hợp được đậy kín trong quá trình khuấy.)
- Dung dịch amoni hydroxit 25% được nhỏ từ từ với tốc độ 1 giọt/s trong thời gian phù hợp.
- Tách kết tủa bằng nam châm. - Rửa kết tủa bằng nước cất
a. Trước khi thêm NH4OH b. Sau khi thêm NH4OH
Hình 2.2. Quá trình điều chế nano Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa
b. Điều chế vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4
Vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 được điều chế bằng cách cân 5 g bã cà phê + 40ml methanol + lần lượt 2ml, 5ml, 10ml dung dịch Fe3O4 cho vào trong các bình tam giác, khuấy từ trong 1h ở nhiệt độ phòng. Sau đó đem rửa bằng methanol, lọc và sấy khô ở 45oC, bảo quản nơi khô ráo.
Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu điều chế được, các mẫu 5g bã cà phê + 2ml (M2), 5g bã cà phê + 5ml (M5), 5g bã cà phê + 7ml dung dịch Fe3O4 (M7), chọn tỉ lệ tốt nhất của bã cà phê và dung dịch Fe3O4.
Hình 2.4. Sơ đồ quy trình điều chế vật liệu hấp phụ bã cà phê/nano Fe3O4
2.2.3. Khảo sát quá trình hấp phụ
Hiệu suất hấp phụ của Rhodamin B được xác định bằng máy đo quang phổ UV-VIS LAMBDA, USA, khoa Hóa, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng
Xác định hiệu suất hấp phụ Rhodamin B bằng phương pháp đo quang. Từ phương trình đường chuẩn Rhodamin B và mật độ quang D đo được sau
Dung dịch nano Fe3O4 Bã cà phê (xay nhỏ <0.5mm) Vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 - Tỉ lệ 5 gam bã cà phê + 40ml methanol + 2ml, 5ml, 7ml dung dịch nanoFe3O4 - Khuấy từ trong 1h - Lọc, sấy ở 45o C trong vòng 20h
khi khảo sát các quá trình hấp phụ, ta tính được nồng độ Rhodamin B. Đối với các mẫu sau hấp phụ có mật độ quang D nằm ngoài đường chuẩn, ta tiến hành pha loãng mẫu với hệ số pha loãng N phù hợp, đo mật độ quang D* sau khi pha loãng, từ D* và phương trình đường chuẩn ta tính được Cs*, sau đó tính lại nồng độ của rhodamin B trước pha loãng Cs bằng công thức 2.13
Cs=Cs*.N (2.13) Trong đó:
Cs: Nồng độ của rhodamin B trước pha loãng. Cs*: Nồng độ của rhodamin B sau pha loãng. N: Hệ số pha loãng
Hiệu suất hấp phụ Rhodamin B Hhp (%) sử dụng bã cà phê/nanoFe3O4 làm vật liệu hấp phụđược tính theo công thức (2.14).
(2.14) Trong đó:
H: Hiệu suất hấp phụ (%)
Co: Nồng độ Rhodamin B ban đầu (ppm) Cs: Nồng độ Rhodamin B sau hấp phụ (ppm)
a. Xây dựng đường chuẩn Rhodamin B
Pha các dung dịch Rhodamin B 1.0 ppm, 2.0 ppm, 3.0 ppm, 4.0 ppm, 5.0 ppm bằng cách lần lượt hút 1.0 ml, 2.0 ml, 3.0 ml, 4.0 ml, 5.0 ml dung dịch chuẩn đầu Rhodamin B 100.0 ppm cho vào các bình định mức 100 ml, dùng nước cất định mức tới vạch. Đem mẫu Rhodamin B quét tìm bước sóng hấp phụ cực đại và đo mật độ quang xây dựng đường chuẩn.
b. Khảo sát khả năng hấp phụ của các mẫu vật liệu
Chuẩn bị 3 mẫu bã cà phê/Fe3O4điều chế được M2, M5, M7 và 1 mẫu bã cà phê. Mỗi mẫu có khối lượng 0,2g cho vào bình tam giác 250 ml. Cho
vào mỗi mẫu 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, khuấy từ trong vòng 60 phút, tách dung dịch đem đi đo quang, xác định hiệu suất hấp phụ, chọn vật liệu tốt nhất để khảo sát các yếu tố tiếp theo. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Khảo sát ảnh hưởng khối lượng vật liệu hấp phụ
Chuẩn bị 5 mẫu vật liệu hấp phụ, mỗi mẫu có khối lượng lần lượt là 0,1g, 0,15g, 0,2g, 0,25g, 0,5g cho vào bình tam giác 250 ml. Cho vào mỗi mẫu 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, khuấy từ trong thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng. Tách dung dịch và đo quang.
d. Thời gian khuấy
Chuẩn bị 5 mẫu vật liệu hấp phụ, mỗi mẫu có khối lượng 0,2 g cho vào bình tam giác 250 ml. Cho vào mỗi bình 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, ở nhiệt độ phòng, khuấy từ lần lượt trong thời gian 10 phút, 30 phút, 45 phút, 60 phút, 75 phút, 90 phút. Tách thu phần dung dịch và đo quang.
e. pH
Chuẩn bị 6 mẫu vật liệu hấp phụ, mỗi mẫu có khối lượng 0,2g cho vào bình tam giác 250 ml. Cho vào mỗi mẫu 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, điều chỉnh pH lần lượt là 4, 5, 6, 7, 8, 9 khuấy từ trong thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng. Tách thu phần dung dịch và đo quang.
f. Dung lượng hấp phụ
Chuẩn bị 5 mẫu vật liệu hấp phụ có khối lượng 0,2 g. Cho vào mỗi mẫu 50 ml dung dich Rhodamin B có nồng độ từ 15, 20, 25, 30, 35 ppm, thời gian khuấy là 60 phút ở nhiệt độ phòng. Tách phần dung dịch và đo quang.
Quan hệ giữa dung lượng hấp phụ cân bằng và nồng độ chất hấp phụ được biểu diễn qua phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và Freundlich.
g. Giải hấp phụ, tái sử dụng chất hấp phụ
Để đánh gıá khả năng tái sử dụng của vật liệu, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm rửa giải và tái sử dụng vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 như sau:
+ Chuẩn bị mẫu vật liệu hấp phụ ban đầu có khối lượng 0,2g cho vào bình tam giác 250 ml. Cho vào 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, khuấy từ trong thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng. Tách phần dung dịch đem đi đo quang, xác định hiệu suất hấp phụ.
+ Vật liệu bã cà phê/nano Fe3O4 sau khi hấp phụ đạt bão hòa được rửa giải bằng cách thêm vào 50ml dung dịch acid acetic loãng 5%, khuấy trong vòng 30 phút, sau đó tách phần chất rắn, rửa chất rắn lại bằng nước cất, sấy khô, cân lại khối lượng VLHP sau khi tái sinh, đem đi hấp phụ lại lần 2. Cho vào 50ml dung dịch Rhodamin B có nồng độ 20 ppm, khuấy từ trong thời gian 60 phút ở nhiệt độ phòng. Tách phần dung dịch đem đi đo quang, xác định hiệu suất hấp phụ.