Hình 2 .4 Đường chuẩn xác định nồng độ alizarin vàngG
Hình 2.9 Sự phụ thuộc của Cf/q vào Cf
Từ đồ thị ta rút ra:
Tg α =1/q max và ON=1/Ka.qmax
2.6. Khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu của các vật liệu
2.6.1. Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung dịch alizarin vàng G dung dịch alizarin vàng G
Quy trình: Lấy 1g vật liệu FMM-C31 khuấy trong 100 ml dung dịch alizarin vàng G 200 mg/L (Co). Sau các khoảng thời gian khác nhau, lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ alizarin vàng G cịn lại trong dung dịch, từ đó tính được lượng phẩm màu hấp phụ trên các vật liệu.
2.6.2. Khảo sát thời gian cân bằng của vật liệu hấp phụ FMM-C31 đối với dung dịch metyl đỏ dung dịch metyl đỏ
Quy trình: Lấy 1 g vật liệu FMM-C31 khuấy trong 100 ml dung dịch metyl đỏ 20 mg/L (Co). Sau các khoảng thời gian khác nhau, lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ metyl đỏ còn lại
2.6.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ alizarin vàng G của vật liệu FMM-C31 vật liệu FMM-C31
Quy trình: Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 400 mg/L (Co) trong vòng 180 phút, các mẫu được điều chỉnh về các giá trị pH từ 2-8. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH của dung dịch thu được về giá trị pH tương ứng với đường chuẩn của alizarin vàng G. Đem dung dịch đi đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại trong dung dịch, tính được tại trọng hấp phụ của phẩm màu. Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm được hấp phụ cực đại (qmax) của phẩm màu.
2.6.4. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ metyl đỏ của vật liệu FMM-C31 liệu FMM-C31
Quy trình: Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch metyl đỏ 50 mg/L (Co) trong vòng 180 phút, các mẫu được điều chỉnh về các giá trị pH từ 2-8. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc, điều chỉnh pH của dung dịch thu được về giá trị pH tương ứng với đường chuẩn của phẩm màu. Đem dung dịch đi đo độ hấp thụ quang, xác định nồng độ phẩm màu còn lại trong dung dịch, tính được tại trọng hấp phụ của phẩm màu ứng. Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir tìm được hấp phụ cực đại (qmax) của phẩm màu.
2.6.5. Xác định dung lượng hấp phụ alizarin vàng cực đại của vật liệu FMM-C31 C31
Quy trình: Tiến hành lắc hỗn hợp 1g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch alizarin vàng G, có nồng độ ban đầu (Co) khác nhau trong khoảng thời gian 180 phút. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ alizarin vàng G còn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu (mg/g).
2.6.6. Xác định dung lượng hấp phụ metyl đỏ cực đại của vật liệu FMM-C31
Quy trình: Tiến hành lắc hỗn hợp 1g vật liệu FMM-C31 với 100 ml dung dịch metyl đỏ, có nồng độ ban đầu (Co) khác nhau trong khoảng thời gian 180 phút. Lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem dung dịch đi đo độ hấp phụ quang, xác định nồng độ alizarin vàng G cịn lại trong dung dịch (Ct) từ đó tính được dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu (mg/g).
2.6.7. Xác định thời gian lắng của vật liệu
Quy trình: Cân 5 g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc đều. Sau các khoảng thời gian định trước thì lấy 10 ml mẫu ở khoảng giữa dung dịch để đo độ đục và qua đó đánh giá khả năng lắng của vật liệu. Lặp lại thí nghiệm cho đến khi vật liệu gần như lắng hết. Làm thí nghiệm lần lượt với vật liệu chitosan và FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31.
2.6.8. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của ba loại vật liệu FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 FMM-C21 và FMM-C31
Quy trình: Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500 mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM-C11, FMM-21 và FMM-C31 trong vòng 180 phút. Giữ nguyên pH, đo và ghi lại giá trị pH. Lấy một lượng mẫu nhất định đem đi lọc, đo độ hấp phụ quang.
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Các đặc trƣng cơ bản của vật liệu
3.1.1. Hình thái học của vật liệu
Vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 được chọn lựa để so sánh hình thái bề mặt. Kết quả được thể hiện trên hình 3.1.
mHình 3.1: Kết quả chụp SEM của vật liệu a. Fe3O4; b. FMM-C11; c. FMM-C21; d. FMM-C31
Từ kết quả chụp SEM của vật liệu Fe3O4, ta thấy Fe3O4 tồn tại dưới dạng hình cầu và phân bố không đồng đều.
Kết quả chụp SEM của các mẫu vật liệu FMM-C11, FMM-C21, FMM-C31 có thể thấy các hạt Fe3O4 đã được tổ hợp vào trong cấu trúc mạng chitosan polime, phân bố đồng đều trên bề mặt vật liệu.
3.1.2. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại
Cấu trúc của vật liệu chitosan, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 được phân tích qua phổ hồng ngoại IR. Kết quả được thể hiện trong hình 3.2.
Hinhn Hình 3.2: Phổ IR của vật liệu a. Chitosan, b. FMM-C11, c. FMM-C21, d.
FMM-C31
Với kết quả phổ IR của vật liệu, ta thấy xuất hiện pic hình a,b,c,d lần lượt ở 3411; 3427; 3413; 3399 cm-1 với chân pic rộng đặc trưng cho dao động của liên kết O- H. Pic ở 1644 và 1379; 1633 và 1416; 1633 và 1376; 1645 và 1376 cm-1
đặc trưng cho dao động của liên kết C=O và N-H. Pic ở 1086; 1061; 1068; 1067 cm-1 đặc trưng cho dao động liên kết C-O trong (O-C-O). Ở hình b,c,d có pic ở 572; 580; 579 cm-1
là pic đặc trưng cho dao động của liên kết Fe-O.
Từ kết quả chụp phổ IR cho thấy, ta đã tổ hợp được vật liệu chitosan/ oxit sắt từ.
o Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của vật liệu a. Chitosan; b. Fe3O4; c. FMM-C11; d. FMM-C21; e. FMM-C31
Từ giản đồ trên, ta thấy vật liệu chitosan tồn tại dưới dạng vơ định hình. Các vật liệu cịn lại tồn tại dưới dạng tinh thể, có thành phần phần trăm Fe3O4 lần lượt là 90%; 65%; 68% và 70%.
3.1.4. Xác định đường cong từ hóa và từ độ bão hịa
Các mẫu vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 đã được phân tích bằng phương pháp từ kế mẫu rung. Các kết quả được thể hiện trong hinh 3.4.
pHình 3.4: Đường cong trễ từ của vật liệu a. Fe3O4; b.FMM-C11; c.FMM-C21;d. FMM-C31
Từ kết quả chụp phổ cho thấy từ độ bão hòa của các vật liệu Fe3O4, FMM-C11, FMM-C21 và FMM-C31 lần lượt là 72; 37.8; 24; 16 emu/g.
Khi từ độ bão hòa thấp, vật liệu sẽ khó lắng, khi từ độ bão hào cao cần sử dụng lực khuấy lớn để phân tán các hạt trong mơi trường nước. Do đó, từ độ thích hợp nằm trong khoảng 10-20 emu/g. Do đó, chúng tơi chọn vật liệu FMM-C31 làm vật liệu hấp phụ.
Hinh qHình 3.5: Kết quả chụp BET của vật liệu a. FMM-C11; b. FMM-C21; c. FMM-
C31.
Diện tích bề mặt riêng vật liệu FMM-C11, FMM-C21và FMM-C31 lần lượt là 3,89; 0,645; 0,081 m2/g.
Dễ nhận thấy đường đẳng nhiệt hấp phụ (với thang p/po tuyến tính) của vật liệu có dạng giống với kiểu IV theo IUPAC.
Điều này cho phép dự đoán tất cả các vật liệu nghiên cứu trên thuộc loại vật liệu có kích thước mao quản trung bình.
3.1.6. Đánh giá khả năng lắng của vật liệu
Cân 5 g vật liệu, cho vào ống đong hình trụ 150 ml nước cất, lắc đều. Sau các khoảng thời gian định trước thì lấy 10 ml mẫu ở khoảng giữa dung dịch để đo độ đục và xác định độ lắng. Lặp lại thí nghiệm cho đến khi vật liệu gần như lắng hết. Làm thí nghiệm lần lượt với các vật liệu .
Bảng ５Bảng 3.1. Bảng khảo sát thời gian lắng của vật liệuệu Thời gian Thời gian (phút) FMM11 FMM21 FMM31 Chitosan thô Chitosan oligome Chitosan polime 0 548 108 132 968 864 1410 1 282 34,8 34,9 508 524 336 5 90,3 13,3 9,02 264 486 235 10 45,4 7,2 6,71 180 466 177 15 32,5 6,04 6,03 166 451 169 20 23,5 5,15 5,9 155 425 152 30 12,8 3,31 4,86 123 408 91,9 60 3,95 1,75 3,36 77 359 43,4 Thời gian lắng (phút)
Hinh rHình 3.6: Khảo sát thời gian lắng của vật liệu của vật liệu
Từ những kết quả trên, ta có thể kết luận được vật liệu FMM-C31 có độ đục thấp và thời gian lắng nhanh.
3.1.7. So sánh tính năng hấp phụ của các vật liệu
Tiến hành lắc hỗn hợp 1 g vật liệu với 100 ml dung dịch alizarin vàng G 500 mg/L lần lượt trong 3 bình tam giác với 3 loại vật liệu là FMM-C11, FMM-21 và FMM-C31 trong vòng 180 phút. Giữ nguyên pH, đo và ghi lại giá trị pH. Lấy một lượng mẫu nhất định đem đi lọc, đo độ hấp phụ quang.
Kết quả được trình bày ở bảng 3.2.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 20 40 60 80 FMM11 FMM21 FMM31 Chitosan thô chitosan oligome chitosan polime Độ đụ c ( NTU)
Bảng Bảng ６Bảng 3.2. So sánh sự hấp phụ alizarin vàng của 3 loại vật liệu FMM- C11, FMM-C21 và FMM-C31 Co(mg/l) Ct(mg/l) Qt (mg/g) FMM-C11 500 322 17,8 FMM-C21 500 129,6 37,04 FMM-C31 500 42,4 45,76
Từ phương trình đường chuẩn, ta tính được nồng độ alizarin vàng G còn lại lần lượt là 322 mg/L; 129,6 mg/L và 42,4 mg/L. Kết quả trên cho thấy, vật liệu FMM-C31 có khả năng hấp phụ alizarin vàng G tốt nhất.
3.2. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ cơ bản sử dụng vật liệu chitosan/oxit sắt từ FMM-C31
Trên cơ sở thực nghiệm đã lựa chọn và biện luận trong mục 3.1. Chúng tơi tiến hành tổng hợp vật liệu với quy trình và cách tiến hành như đã nêu ở trên và dùng vật liệu FMM-C31 để khảo sát khả năng hấp phụ phẩm màu alizarin vàng G và metyl đỏ.
3.2.1. Khảo sát một số điều kiện hấp phụ phẩm màu metyl đỏ đối với vật liệu hấp phụ FMM-C31 hấp phụ FMM-C31
a. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối với phẩm màu metyl đỏ
Lấy 1 g vật liệu FMM-C31 khuấy trong 100 ml dung dịch metyl đỏ 20 mg/L (Co). Sau các khoảng thời gian khác nhau, lấy một lượng mẫu nhất định lọc qua giấy lọc. Đem đi đo quang, xác định nồng độ metyl đỏ còn lại trong dung dịch (Ct).
Bảng ７8Bảng 3.3. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ của vật liệu FMM-C31 đối
với phẩm màu metyl đỏ
T (phút) Co (mg/L) Ct (mg/L) Qt (mg/g) 0 20 19,9 0,001 15 20 11,5 0,85 30 20 6,1 1,39 60 20 3,87 1,61 90 20 3,77 1,62 120 20 3,66 1,63 180 20 3,45 1,66 240 20 3,4 1,66