2.1. Đối tượng nghiên cứu
Vật liệu hấp phụ
Ion kim loại nặng: Cu2+
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ:
nồng độ ban đầu chất bị hấp phụ, thời gian hấp phụ, môi trường pH.
2.2. Hóa chất – dụng cụ, thiết bị 2.2.1. Hóa chất
Aniline 99,99%, d = 1,023 g/mL, Merk – Đức.
Amoni pesunfat dạng tinh thể rắn, Merk – Đức .
Dung dịch HCl 36,5%, Trung Quốc.
Dung dịch H2SO4 98%, Trung Quốc.
CuSO4.5H2O 99,99% tinh thể, Trung Quốc.
Bã chè.
Axeton, Trung Quốc.
Metanol, Trung Quốc.
NaOH dạng tinh thể rắn, Trung Quốc 2.2.2. Dụng cụ
Cốc thủy tinh 250 mL.
Bình tam giác 250 mL.
Bình định mức 1000 mL,500 mL,100 mL.
Phễu thủy tinh, giấy lọc.
Pipet có vạch chia.
Rây.
2.2.3. Thiết bị
Máy khuấy từ IKA (Đức).
Tủ sấy Shellab (Mỹ).
Cân phân tích PA214 (Mỹ).
Thiết bị đo hấp phụ nguyên tử AAS Thermo Anh (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới).
Thiết bị đo kính hiển vi điện tử quét SEM (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới).
Thiết bị đo phổ hồng ngoại IR (Viện Kĩ thuật Nhiệt đới).
2.3. Phương pháp nghiên cứu vật liệu
2.3.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM [24] sẽ phóng đại đến hàng chục vạn lần ảnh chụp bề mặt các đối tượng nghiên cứu cực nhỏ giúp chúng ta quan sát và đánh giá cấu trúc của nó.
Nguyên tắc hoạt động của phương pháp SEM: bề mặt mẫu sẽ được quét đi quét lại bởi một chùm điện tử hẹp, sự tương tác giữa điện tử với mẫu đo sẽ phát ra các bức xạ thứ cấp. Những bức xạ này sẽ được thu nhận và chuyển đổi thành hình ảnh.
Trong nghiên cứu vật liệu composite PANi – BC, phương pháp SEM xác định được hình thái và kích thước của vật liệu nghiên cứu.
2.3.2. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS [9] là phương pháp dùng để xác định nồng độ của nguyên tố trong dung dịch vào định luật Bughe – Lambe – Bia theo phương trình:
Aχ = k. C. L
Trong đó: Aχ : Cường độ vạch phổ hấp thụ.
C : Nồng độ nguyên tố cần xác định trong mẫu đo phổ.
L : Chiều dài môi trường hấp phụ.
k : Hằng số thực nghiệm.
Người ta có thể xác định nồng độ nguyên tử của nguyên tố cần xác định trong thể tích mẫu dựa vào giá trị mật độ quang. Mật độ quang của lớp hấp thụ tỉ lệ thuận với nồng độ của nguyên tử chứa trong đó tại bước sóng hấp thụ ứng với nguyên tố đó.
Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử được sử dụng để xác định hàm lượng của các kim loại trước và sau khi hấp thụ.
2.3.3. Phương pháp phổ hồng ngoại IR
Phương pháp phổ hồng ngoại giúp chúng ta phân tích được cấu trúc phân tử. Để xác định sự tồn tại của các nhóm liên kết trong phân tử, các nhà khoa học dựa theo tần số cường độ.
Phân tích phổ hồng ngoại IR [17] giúp chúng ta xác định được cường độ, vị trí và hình dạng của vân phổ. Phổ hồng ngoại được thể hiện dưới dạng đường cong sự phụ thuộc của phần tră truyền qua vào số sóng
Phương pháp phổ hồng ngoại IR được ứng dụng để xác định cấu trúc của vật liệu đã được tổng hợp thông qua sự tồn tại cảu nhóm chức.
2.4. Thực nghiệm
2.4.1. Tổng hợp vật liệu
2.4.1.1. Xử lý bã chè trước khi tổng hợp
Trước khi tổng hợp, bã chè được xử lý qua các bước sau:
Bước 1: Bã chè thu thập được ngâm trong nước ở nhiệt độ 800C trong thời gian 30 phút. Tiến hành nhiều lần cho đến khi nước ngâm không còn màu của bã chè lúc đầu, lọc bỏ nước.
Bước 2: Sau khi ngâm, bã chè được được đem sấy ở nhiệt độ 1100C trong thời gian 2 giờ để loại bỏ nước.
Bước 3: Dùng rây rây đi rây lại nhiều lần thu được bã chè nhỏ hơn. Bã chè có kích thước to được đem nghiền lại và tiếp tục đem rây đến khi thu được bã chè kích thước nhỏ.
Bước 4: Bã chè thu được đem ngâm với Ethanol trong khoảng thời gian 2 giờ. Sau đó đem lọc và cho vào tủ sấy ở nhiệt độ 1000C trong thời gian 6 giờ. Lấy bã chè ra và tiếp tục ngâm với dung dịch HCl loãng trong thời gian 2 giờ và rửa lại với NaOH 0,1M đến khi pH của vật liệu bằng 7.
Bước 5: Đem bã chè thu được sấy ở 1000C trong 6 giờ, ta thu được vật liệu biến tính.
2.4.1.2. Tổng hợp vật liệu
Đầu tiên, pha các dung dịch:
Pha dung dịch (NH4)2S2O8 0,5 M – dung dịch D1
Pha dung dịch ANi 0,25M, H2SO4 0,1 M – dung dịch D2 Sau đó, tổng hợp vật liệu:
PANi
Bước 1: Lấy 500 mL dung dich D2 cho vào cốc có dung tích 1000 mL và đặt trên máy khuấy từ để khuấy trộn. Nhỏ từ từ cho đến hết 200 mL dung dịch D1 vào cốc trong điều kiện đang khuấy trộn. Sau 15 phút, dung dịch trong cốc ban đầu xuất hiện màu xanh rồi chuyển dần sang màu đen do polyaniline hình thành. Tiếp tục khuấy trộn trong thời gian 6 giờ.
Bước 2: Sản phẩm thu được đem lọc và rửa bằng dung dịch axeton:
metanol tỉ lệ 1:1 để loại bỏ ANi còn dư trong sản phẩm. Tiếp theo đem sấy khô ở nhiệt độ 600C từ 2- 4 giờ. Sau đó lấy sản phẩm đem đựng và bảo quản.
PANi – Bã chè
Bước 1: Lấy 500 mL dung dịch D2 cho vào cốc thủy tinh dung tích 1000 mL.
Bước 2: Cân 50 gam bã chè cho vào cốc đựng dung dịch trên. Sau đó nhỏ từ từ cho đến hết 200 mL dung dịch D1 vào cốc trong điều kiện đang khuấy trộn trong 15 phút. Tiếp tục khuấy trộn trong thời gian 6 giờ.
Bước 3: Sản phẩm thu được đem lọc và rửa bằng dung dịch axeton:
metanol tỉ lệ 1:1 để loại bỏ ANi còn dư trong sản phẩm. Tiếp theo đem sấy khô ở nhiệt độ 600C từ 2- 4 giờ. Sau đó lấy sản phẩm đem đựng và bảo quản.
2.4.2. Khả năng hấp phụ của các vật liệu đối với ion Cu2+
2.4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian
Để nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian, lấy 10 mL dung dịch Cu2+
nồng độ là C0 = 20 mg/L,khối lượng của vật liệu là m = 0,5g cho vào cốc thủy tinh 100 mL. Môi trường pH = 7. Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ, thời gian khuấy t= 30, 60, 90, 120, 150, 180, 300 phút.
Lọc dung dịch đi đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
2.4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ, lấy 10 mL dung dịch Cu2+ với hàm lượng ban đầu C0 = 10, 20, 30, 40, 50 mg/L, khối lượng của vật liệu là m
= 0,5g cho vào cốc thủy tinh 100 mL. Môi trường pH = 7. Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ, thời gian hấp khuấy t = 120 phút.
Lọc dung dịch đi đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
2.4.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH
Để nghiên cứu ảnh hưởng của pH, lấy 10 mL dung dịch Cu2+ với hàm lượng ban đầu C0 = 20 mg/L, khối lượng của vật liệu là m = 0,5g cho vào cốc thủy tinh 100 mL. Tiến hành khuấy trên máy khuấy từ, thời gian hấp khuấy t
= 120 phút. Thay đổi môi trường pH = 3,5,7.
Lọc dung dịch đi đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
Các thí nghiệm được tiến hành trên máy khuấy từ với tốc độ khuấy 100 vòng/phút. Sau đó lọc dung dịch đi đo phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
PANi - BC BC
PANi
% T ra n sm lt ta n ce