3.2.1. Phuong phap nghién citu li luan
25
- Tông quan các tải liệu nghiên cứu liên quan đến các ô nhiễm nguồn nước bởi copper va lead, phương pháp hap phụ ion kim loại, than sinh học, biển tính than sinh học.
- Sử dụng phương pháp phân tích, tông hợp. hệ thông hoá và đánh giá dé nghiên cứu
các tài liệu.
3.2.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Điều chế than sinh học có nguồn gốc từ đũa tre dùng một lần và biến tính với
phosphate.
- Nghiên cứu các đặc trưng than sinh học BC-Phosphate thông qua xác định điểm điện tích không (PZC-Point of Zero Charge), phương pháp phô tán sắc năng lượng tia X (EDX), phương pháp kính hiên vi điện tử quét tán xạ trường (FESEM), phương pháp xác định phô
hồng ngoại FT-IR và phương pháp hap phụ- khử hap phụ đăng nhiệt và tính toán theo phương trình BET đẻ xác định hình thái, cấu trúc và thành phan của BC-Phosphate.
- Khảo sát khả năng hap phụ ion Cu(I) và Pb(II) bang than sinh học biến tính với phosphate thông qua quy trình tong hợp, mô hình khảo sát các điều kiện hap phụ.
- Nông độ ion Cu(H) và Pb(IL) được xác định bằng phô hấp thụ nguyên tử ngọn lửa, sử
dung máy do AAS Thermo Scientific ICE 3000 tại phòng thí nghiệm phân tích trung tam của
trường Đại học Sư phạm Thành phố Hỗ Chí Minh.
- Phương pháp xử lý số liệu.
3.2.3. Quang phổ hap thụ nguyên tử (AAS)
a) Khái niệm phương pháp AAS
Phương pháp AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) là phương pháp phân tích hóa
học dựa trên việc đo độ hấp thụ của một mẫu dung dịch khi được chiếu sáng bởi tia cực tim hoặc tia hông ngoại. Phương pháp AAS được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm phân tích hóa học đẻ xác định nông độ các nguyên t6 kim loại trong các mẫu vật liệu khác
nhau [80].
Các electron trong nguyên tử sẽ di chuyền trên các quỹ đạo ứng với mức năng lượng thấp nhất Eo tạo thành trạng thái cơ bản. Khi nguyên tử kim loại ở dang hơi và được chiêu sang bằng bức xạ có năng lượng thích hợp, các electron hoá trị của nguyên tử sẽ hấp thụ năng lượng và chuyền sang các mức năng lượng cao hơn. Mỗi nguyên tử kim loại sẽ có các bước sóng hap thụ khác nhau, và dựa trên nguyên lý này, ta có thể xác định nông độ của nguyên tô trong mẫu
26
phân tích. Trong quá trình phân tích bằng phương pháp phô hấp thụ nguyên tử, việc đo lường sự hap thy của bức xạ sẽ cho phép xác định nông độ của nguyên tổ trong mau [81].
b) Nguyên li hoạt dong
Máy quang phô hấp thụ nguyên tử (AAS) hoạt động dựa trên nguyên lý rằng các nguyên tố kim loại có khả năng hấp thụ bức xạ tại một bước sóng cụ thê [40]. Đề sứ dụng phương pháp AAS, một dãy dung dịch chuẩn của nguyên tố phân tích cần được chuan bị chính xác. Các dung dich chuẩn này có nồng độ biết đến và được sử dụng đẻ xác định giá trị tham chiếu cho việc đo lường nông độ của nguyên tô trong mẫu.
Đèn catot lõm của nguyên tổ cần phân tích can được gắn dé phat ra bức xạ ánh sáng có bước sóng tương ứng với nguyên té đó [81]. Máy quang phô hap thụ nguyên tử (AAS) có thé phân tích các hàm lượng mẫu từ nòng độ ppb (parts per billion) đến ppm (parts per million),
tùy thuộc vào độ nhạy của máy và cường độ của tia sáng được sử dung [81].
e) Các thông số máy
Từ các nghiên cứu và khảo sát thực nghiệm đẻ lựa chọn thông số máy dé xác định
hàm lượng kim loại Cu (II) va Pb (II) được mô tả ở bảng 3.4 [82].
3.2.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X EDX (Energy-dispersive X-ray
spectroscopy)
Phổ tan xạ năng lượng tia X là một kỹ thuật được sử dụng đề phân tích nguyên tố hoặc đặc tính hóa học của vật liệu, thường được viết tắt là EDX hoặc EDS (Energydispersive X-ray spectroscopy). Phương pháp nay dùng dé xác định thành phan của vật liệu rắn dựa trên việc ghi lại phô tia X phát ra từ mẫu vật rắn do tương tác với các bức xạ phát ra từ kính hiển vi điện tử. Tan số tia X phát ra đặc trưng cho mỗi nguyên tử của mỗi chất có mặt trong vật liệu rắn. Từ đó việc ghi nhận phô tia X sẽ cho thông tin về các nguyên to hóa học có trong vật liệu rắn và ti
27
lệ các nguyên tô đó có trong loại vật liệu này. Mẫu được đo bằng máy EDX H-7593 HORIBA- Anh tai Nanotechnology Lab — Trung tâm Nghiên cứu triển khai khu Công nghệ cao Thanh phô Hồ Chi Minh.
3.2.5. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét tán xạ trường FESEM
Kính hiền vi điện tử quét tán xạ trường (FESEM) có thẻ cho ra hình anh thay chỉ tiết ở kích thước nm với độ phóng đại và độ phân giải rất cao của bề mặt mẫu cần phân tích. Bằng cách sử dụng một chùm tia electron được gia tốc lên năng lượng cao và hội tụ để quét trên bẻ mặt mẫu. Thông qua d6, chúng ta thu được hình ảnh của mẫu nhờ chùm tia electron sẽ tương tác với các nguyên tử năm gần hoặc tại bề mặt mẫu phân tích và phát ra các tín hiệu (bức xạ)
chứa các thông tin can phân tích như hình thái bề mặt mau, độ mập mô, cau trúc bề mặt....
Những tín hiệu phat ra từ các vị trí khác nhau trên mẫu sẽ khác do đặc điểm cau tạo từng vị trí, nên thu được hình ảnh có độ sáng tối tương phản địa hình rõ nét giúp nhận biết được hình đạng và cau trúc ba chiều của bề mặt mẫu. Phương pháp này dùng đề chụp anh vật liệu ở kích thước ở kích thước rất nhỏ, giúp quan sat trực tiếp được hinh thái cua vật liệu được nghiên cứu. Mẫu
được đo trên máy FESEM S4800 HITACHI-Nhat Bản tại Nanotechnology Lab — Trung tâm
Nghiên cứu triên khai khu Công nghệ cao Thành phố Hỗ Chí Minh.
3.2.6. Phương pháp đăng nhiệt hap phụ - giải hap phụ N2 (BET/BJH)
Phương pháp phân tích điện tích bề mặt Brunauer-Emmett-Teller (BET) là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để đo diện tích bé mặt cụ thé. Dé thực hiện phân tích diện tích bê mặt BET, vật liệu mẫu thường được tiếp xúc với khí (thường là nitrogen) ở các áp suất và nhiệt độ khác nhau. Các phân tử khí hap phụ trên bề mặt mau và lượng khí hap phụ được đo. Bằng cách phân tích dit liệu hap phụ theo phương trình BET:
p 1 ,(-Ùp
v(p; — P) ' VựụC Vw Pa
Trong đó:
p: Áp suất cân bằng của chat bị hap phụ (N-m??).
po: Áp suất hơi bão hoà của chất bị hap phụ (N-m).
c: Hằng số BET.
v: Thẻ tích của khí hap phụ tại p/pa (em?-g").
2§
Vm: Thê tích của lớp hấp phụ don phân tử tính cho một gam chất hap phụ trong điều kiện tiêu chuẩn (em*-g"')
Khi thiết lập đô thị p/[V(po - p)] phụ thuộc vao p/po, ta sẽ nhận được một đoạn thăng giá
trị pípo trong khoảng từ 0,05 đến 0,3 cho phép xác định thé tích của lớp hấp phụ đơn lớp (lớp
đơn phân tử) Vn và hằng số C.
Diện tích bề mặt riêng (Sper, m?-g"! ) của chat hap phụ được tính theo công thức:
Sper = (Vm/M).N.Am.d
Trong đó:
d: khôi lượng riêng của chat bị hap phụ ( g-em),
M: khối lượng mol phân tử của chat bị hap phụ (g.mol'').
N: số Avôgađrô (N = 6,023.1023 phân tử.mol''), Vin: thé tích của lớp hap phụ đơn lớp ( em°-g-'),
Am: tiết điện ngang của một phân tử chiếm chỗ trên bè mặt chất hap phụ (cm ).
Trường hợp thường dùng nhất là hap phụ vật lý (N2) ở 77 K, Am = 0,162 nm?, d= 1,251 g-cm3, M = 28 g.mol" thì diện tích bề mặt riêng. Sper bằng:
Sper = 4,35.Vm
Phương pháp BJH xác định dé xác định diện tích bề mặt va thé tích mao quản trung
bình (Smeso (m?-g7!) và Vmeso (cmÈ**g'Ì)) của mao quản trung bình. Phương pháp này đo lượng
khí N2 được hap phụ hay giai hap phụ từ bề mat chat rắn tại áp suất hơi cân bằng băng phương pháp có định thê tích.
Tong thé tích mao quản Vz„: (cmŠ-g`) được tính theo công thức:
Voore = Vmeứs + Winic
Kích thước mao quản trung bình D (nm) được xác định bởi phương pháp BJH từ số liệu của nhỏnh giải hap phụ: D=4V;ức / Smeso
Phương pháp BJH thường được áp dụng cho vật liệu mao quản và thê hiện phân bố kích thước mao quản. Băng cách xác định tỷ số dV/dD hoặc dV/dlogD và thiết lập đồ thị với độ rộng mao quan, ta thu được đồ thị phân bó thé tích mao quản.
Mẫu được đo ở phòng Hóa lý và bê mặt, Viện Hóa học, viện Hàn lâm KHCN Việt Nam.
29
3.2.7. Phương pháp xác định phổ hồng ngoại FT-IR
Quang phô FT-IR là kỹ thuật sử dụng năng lượng hồng ngoại giữa dé phân tích thành phan phân tử và cấu trúc của các mẫu, bằng cách phát hiện các tần số ánh sáng cụ thé tương
ứng với năng lượng liên kết rung động trong các phân tử. Khi năng lượng của dao động phù hợp với ánh sáng hỏng ngoại giữa, liên kết sẽ hap thụ năng lượng đó. Vì các liên kết khác nhau dao động ở các mức năng lượng khác nhau nên chúng hấp thụ các bước sóng khác nhau của bức xạ hong ngoại. Trong quang phố FT-IR, một mẫu được tiếp xúc với bức xạ hồng ngoại trên một phạm vi bước sóng. Mẫu hấp thụ các bước sóng cụ thê của ánh sáng hồng ngoại dựa trên tần số đao động của các liên kết hóa học có trong mẫu. Những sự hấp thụ này được phát hiện bởi một máy dò và chuyên thành quang phô, biéu thị cường độ hấp thụ là một ham của bước sóng. Thông qua đó có thê dự đoán được các nhóm chức cụ thẻ, xác định cấu trúc phân tử, phát hiện tạp chat có trên mau. Mẫu được đo bằng thiết bị quang phô hồng ngoại FT-IR-6X Jasco tại Trung tâm thí nghiệm thực hành, Trường Đại học Công Thương, Thành phố Hồ Chí
Minh.
3.2.8. Bồ trí thí nghiệm khảo sát điểm điện tích không (point of zero charge)
Điểm đăng điện (point of zero charge - pzc) đối với bề mặt vật liệu là giá trị pH mà tại
thời điểm đó bề mặt vật liệu không trao đôi điện tích. Khi nghiên cứu về bề mặt vật liệu, thi pzc được sử dung như một công cụ dé giải thích cho quá trình trao đôi, hap phụ của các ion lên bề mặt vật liệu. Giá trị pH: được tính dựa trên sự chênh lệch gia trị pH của dung dich trước và sau khi trao déi ion với vật liệu được sử dụng để khảo sát. Giá trị pHx: là điểm pH ma tại
đó ApHi = 0 [34].
ApHi = pHa — pHais Trong đó:
pHs„: giá trị pH của dung dich sau khi trao đôi ion bang vật liệu khảo sat.
pHaiu: giá trị pH của dung dịch trước khi trao đổi ion bằng vật liệu khảo sát.
Thí nghiệm xác định pHpzc của BC-Phosphate được thực hiện trong bình tam giác dung
tích 250 mL. Bình chứa 40 mL dung dich NaNO; 0,1 M. Giá tri pH của các dung dịch được
điều chỉnh sao cho pHyiy tăng từ 3 — 11 bằng cách sử dụng dung dich HNO; 0,1 M và dung
dich NaOH 0,1 M.
30
Sau đó, cân 0,05 gram BC-Phosphate vào bình tam giác và lắc liên tục trong vòng 24 giờ với tốc độ 350 vòng-phút! , Sau khi kết thúc quá trình lắc, lọc lay địch lọc va đo lại giá trị
pH. Cuối cùng, sử dụng các số liệu thu được dé tính toán giá trị pH,„:, tức 1a giá trị pH của
điểm điện trung bình của hệ thông. Giá trị pH,z¿ của BC-Phosphate được xác định [34].