Xanh Methylene còn được gọi là methylthioninium clorua hay Methylene Blue, là một loại thuốc chữa bệnh, phẩm nhuộm bazơ cation. MB được điều chế bởi nhà hóa học Heinrich Caro vào năm 1876, có cơng thức hóa học là C16H18N3SCl. Trong cấu tạo của MB có đầy đủ hai thành phần cromopho (nhóm thiazine) và auxocrom (nhóm -N(CH3)2) do đó MB được xếp vào loại thuốc nhuộm.
Xanh Methylene có nhiều ứng dụng trải dài qua nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu cho đến đời sống. Trong y học, Methylene Blue là loại thuốc được nghiên cứu và đưa vào điều trị từ khá sớm, là một trong những loại thuốc quan trọng trong việc sát khuẩn, điều trị một số bệnh nhiễm khuẩn phổ biến [38]. Thuốc có dạng viên nén, thuốc tiêm và dung dịch bơi ngồi da để chữa trị các bệnh chốc lở, viêm da mủ, thủy đậu, giải độc methemoglobin, … Tuy nhiên việc sử dụng Xanh Methylene làm thuốc có thể xảy ra các phản ứng phụ như: nhức đầu, nôn mửa, thở dốc, nhầm lẫn và cao huyết áp [38].
Trong công nghiệp, Xanh Methylen thường được sử dụng để nhuộm giấy, đồ dùng văn phòng, nhuộm lên vải, lụa v.v. Tuy nhiên, MB là một chất màu khó
30
phân hủy. Nước thải có chứa MB nồng độ cao khơng chỉ phá hủy cảnh quan mà còn gây cản trở quá trình quang hợp và phát triển của các lồi thủy sinh. Do đó, MB cũng thường được sử dụng trong các nghiên cứu để đánh giá khả năng xử lý chất màu của các vật liệu xử lý nước thải.
1.5.3 Một số nghiên cứu liên quan đến quang xúc tác xử lý Xanh Methylene Methylene
Với cấu trúc phức tạp, bền trong mơi trường và khó bị phân hủy bởi các yếu tố hóa học và vi sinh, chất màu Methylene Blue thường được chọn làm đối tượng nghiên cứu trong phịng thí nghiệm. Một số phương pháp được nghiên cứu ứng dụng xử lý MB như hấp phụ [39], phân hủy sinh học [40], v.v. Phương pháp quang xúc tác được đánh giá là phương pháp có hiệu quả xử lý MB rất tốt. Các quang xúc tác khi được kích thích bằng ánh sáng khả kiến sẽ phản ứng với nước và oxi hòa tan trong nước để tạo nên các gốc tự do hoạt động, và chính những gốc tự do này đóng vai trị tác nhân xử lý MB. Các gốc tự do như •OH, •O2-, •SO4- có thể tấn cơng vào các hợp chất hữu cơ phức tạp, phân mảnh chúng thành các hợp chất kích thước nhỏ hơn, và cuối cùng trở thành các hợp chất vơ cơ ít độc hại như H2S, N2, CO2, H2O [38, 41]. Do đó, nhiều thế hệ xúc tác quang đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trong và ngồi nước.
Nhiều nhóm tác giả trong nước đã có được những công bố trên các tạp chí quốc tế uy tín. Ví dụ, nhóm nghiên cứu của tác giả Nguyễn Duy Trinh, thuộc trường đại học Nguyễn Tất Thành đã sử dụng vật liệu MIL-88B(Fe) để xử lý chất màu MB [42]. Nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp siêu âm để hỗ trợ quá trình nhiệt phân dung mơi tổng hợp vật liệu MIL-88B(Fe), kết quả thu được tinh thể có hình dạng con thoi rất đồng đều nhau, và vật liệu này có thể xử lý hoàn toàn MB sau khoảng 90 phút chiếu sáng. Ngay tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhóm nghiên cứu của thầy Quảng cũng đã sử dụng một loại vật liệu MOF là MIL-53(Fe) để xử lý chất màu Xanh Methylene rất hiệu quả [43, 44]. Điều này cho thấy, nghiên cứu phát triển các hệ vật liệu quang xúc tác xử lý MB trong nước cũng có được nhiều kết quả đáng mừng.
Ở nước ngoài, nhiều nghiên cứu xử lý chất màu MB đã được công bố cho thấy nhiều kết quả thú vị. Cụ thể, tác giả Guo Zeng đã biến tính vật liệu Carbon nitride bằng các hợp chất vô cơ và hữu cơ của kim loại Mg như MgCl2, MgSO4, Mg(CH3COO)2, Mg(OH)2 để tăng hoạt tính quang xúc tác [45]. Trong khi đó, tác giả Shahsavandi đã tổng hợp thành công hệ vật liệu ba thành phần hạt nano Ag/dopamine/g-C3N4 có hiệu suất xử lý MB đạt 96% và có thể tái sử dụng được 3 lần [46]. Không chỉ dừng lại ở nghiên cứu và chế tạo các vật liệu quang xúc
31
tác, các nhóm nghiên cứu nước ngồi còn tận dụng thiết bị hiện đại để nghiên cứu đề xuất và chứng minh được con đường phân hủy MB trong nước. Hình 1-21 trình bày bề sự phân hủy MB bằng gốc tự do hoạt động.
Hình 1-21. Sự phân hủy MB trong quá trình quang xúc tác [41]
1.6 Mục tiêu đề tài
- Chế tạo thành công các mẫu vật liệu polyme RF ba loại dung môi là nước cất, Ethylene glycol và Glycerol, chế tạo thành công vật liệu composite RF-Carbon nitride.
- Sử dụng các phương pháp hóa lý hiện đại để nghiên cứu đặc trưng cấu trúc các mẫu vật liệu đã tổng hợp.
- Khảo sát khả năng quang xúc tác xử lý K2Cr2O7 và chất màu Xanh Methylene.
- Chứng minh sự tạo thành của các gốc tự do trong quá trình phân hủy chất màu Xanh Methylene.
- Đề xuất sự tạo thành của polyme RF trong các dung môi polyol và phản ứng nối mạch hai vật liệu RF và Carbon nitride.
32
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất -Dụng cụ - Thiết bị 2.1 Hóa chất -Dụng cụ - Thiết bị
2.1.1 Hóa chất thí nghiệm
Bảng 2-1. Hóa chất sử dụng trong thực nghiệm
STT Hóa chất Hãng sản xuất Độ tinh khiết
1 Urea Trung Quốc 99%
2 Resorcinol Trung Quốc 99%
3 Formaldehyde Trung Quốc 37-40%
4 NH3 Trung Quốc 28%
5 NaOH Trung Quốc 99%
6 HCl Trung Quốc 36-40%
7 Nước cất Việt Nam -
8 Glycerol Trung Quốc 99%
9 Ethylene Glycol Trung Quốc 99%
10 H2O2 Trung Quốc 30%
11 K2Cr2O7 Trung Quốc 99%
12 1,5-diphenylcarbazide Hàn Quốc 99%
13 Xanh Methylene (MB) Trung Quốc 99%
14 HCOOH Trung Quốc 99%
15 Propan-2-ol Trung Quốc 99%
16 p-Benzoquinone Hàn Quốc 99%
17 Ethylenediaminetetraacetic
acid disodium
Trung Quốc 99%
18 Methanol Trung Quốc 99%
2.1.2 Dụng cụ -Thiết bị thí nghiệm
a. Dụng cụ
Dụng cụ thí nghiệm bao gồm: cốc có mỏ (250ml), ống đong (25 và 50 ml), đĩa sấy, chén nung, bát nhôm, bộ dụng cụ lọc hút chân không, con khuấy từ.
33
b. Thiết bị thí nghiệm
- Cân phân tích Ohaus
- Máy khuấy từ gia nhiệt VELP - Máy UV-vis spectroscopy Hach - Máy siêu âm hãng Rocker
- Tủ sấy chân không Memmert
- Tủ nung Nabertherm
- Máy đo pH Hach
- Đèn thủy ngân 250W
2.2 Tổng hợp vật liệu g-C3N4/RF
2.2.1 Tổng hợp Carbon nitride g-C3N4
Cân 50 g urea vào chén nung và đặt vào lò nung. Gia nhiệt chén nung theo chương trình nhiệt độ có tốc độ tăng nhiệt từ 1-2oC/phút đến 450oC và giữ tại nhiệt độ này trong vòng 3 tiếng. Sau đó, lị nung sẽ được để nguội về nhiệt độ phòng. Kết quả thu được 3,2 g sản phẩm rắn có màu vàng nhạt, nhẹ là vật liệu g-C3N4. Vật liệu được đặt tên là CN.
2.2.2 Tổng hợp polyme RF trong các dung môi khác nhau