- Pha 5ml dung dịch TiCl4 3M , HCl 1M trong 20ml etanol (Merck) được dung dịch A.
- Cho 0,8g MCM-41 thêm vào 80ml etanol, khuấy đều bằng máy khuấy từ. Thêm dung dịch NH3 chỉnh pH = 10.
- Đưa dung dịch A vào buret, nhỏ từ từ dung dịch A vào hỗn hợp đang khuấy, thêm tiếp dung dịch NH3 giữ ổn định pH =10. Nhỏ hết dung dịch A sau đó duy trì khuấy thêm 1h, ổn định pH = 10.
- Lọc kết tủa và rửa đến pH =7 trên máy hút chân không đến khi hết clo (thử bằng dung dịch AgNO3).
- Sấy mẫu ở 100oC, nung mẫu ở 5000C trong 5h thu được bột mịn, xốp, màu trắng là 10%TiO2/MCM-41 kí hiệu TM.
Tương ứng với V = 2,5ml, 5ml , 7,5ml ta có bảng 2.2:
Bảng 2.2: Các mẫu vật liệu x% TiO2/ MCM-41 tổng hợp
V (ml) TiCl4 x% TiO2/ MCM-41 Kí hiệu vật liệu
2,5 5% TM1
5 10% TM2
7,5 15% TM3
Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp x% TiO2/ SiO , x% TiO / MCM-41 khuấy 1h khuấy etanol+ dung dịch TiCl4 3M , HCl 1M SiO2 ,MCM-41) etanol Dung dịch hỗn hợp h đồng thể Kết tủa màu trắng đục Lọc rửa pH=7 Làm khô sản phẩm rắn ở 100oC (12 giờ) Nung ở 500oC (5giờ) TiO2/ SiO2 , MCM-41 dd NH4OH chỉnh pH=10 khuấy
2.4. Nghiên cứu khả năng hấp phụ xử lý các chất độc hại trong nước
* Cơ sở lý thuyết:
Hấp phụ là sự tích lũy chất trên bề mặt phân cách pha. Đây là phương pháp tách chất trong đó các cấu tử từ hỗn hợp lỏng hoặc khí được hấp phụ lên bề mặt rắn của chất hấp phụ.
Chất hấp phụ là chất có bề mặt tại đó xảy ra quá trình hấp phụ; là những chất có diện tích bề mặt lớn (vì những phân tử trên bề mặt mới có khả năng hấp phụ), các phân tử trên bề mặt có khả năng hút các chất bị hấp phụ là các phân tử hoạt động, tạo ra các trung tâm hoạt động bề mặt. Như vậy, ngoài việc chất hấp phụ cần có diện tích bề mặt lớn còn cần phải tạo ra nhiều trung tâm hoạt động. Để làm được việc này người ta cần hoạt hóa chất hấp phụ ( tạo ra điện tích bề mặt lớn và nhiều trung tâm hoạt động). Bề mặt chất hấp phụ thường không bằng phẳng, có các lỗ mao quản có kích thước khác nhau cũng ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ.
Các chất hấp phụ thường dụng như silicagen, than hoạt tính, các loại khoáng sét, các hydroxit kim loại, các sản phẩm phụ như bùn than hoạt tính, xỉ, tro…có giá thành rẻ, dễ kiếm.
Chất bị hấp phụ là chất được tập trung lên bề mặt chất hấp phụ, thường ở pha lỏng hoặc khí.
Phân loại hấp phụ:
Tùy theo lực liên kết giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ mà người ta chia ra làm hai loại: hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý: được gây bởi lực Vandervan là lực hút giữa các phân tử chất hấp phụ và chất bị hấp phụ. Lực này yếu do đó nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ thường từ 2 – 3 kcal/mol. Tốc độ hấp phụ vật lý xảy ra nhanh hơn do quá trình hấp phụ không đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử, hấp phụ vật lý rất ít phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt chất hấp phụ.
Hấp phụ hóa học: được thực hiện bởi lực liên kết hóa học giữa các phân tử trên bề mặt chất hấp phụ và phân tử chất bị hấp phụ. Lực này bền khó bị phá vỡ nên nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp phụ thường lớn hơn 22 kcal/mol. Hấp phụ hóa học đòi hỏi sự hoạt hóa phân tử nên tốc độ hấp phụ chậm hơn và phụ thuộc rất nhiều vào bản chất hóa học của bề mặt chất hấp phụ.
Cân bằng hấp phụ: quá trình hấp phụ là quá trình thuận nghịch và có thể biểu diễn dưới dạng một phản ứng hóa học:
A + O ↔ A‟
A: chất hấp phụ
A‟: phần bề mặt chất hấp phụ đã bị chiếm chỗ bởi chất hấp phụ O: bề mặt chất hấp phụ còn trống
K1, K2: hằng số tốc độ của các quá trình hấp phụ và giải hấp.
Các phân tử chất bị hấp phụ khi đã hấp phụ lên bề mặt chất hấp phụ vẫn có thể di chuyển trở lại pha lỏng hoặc pha khí. Theo thời gian phân tử chất lỏng hoặc chất khí di chuyển lên bề mặt chất rắn càng nhiều thì sự di chuyển ngược lại pha lỏng hoặc pha khí của chúng sẽ tăng lên. Đến một thời gian nào đó, tốc độ hấp phụ lên bề mặt của chất hấp phụ sẽ bằng tốc độ di chuyển của chúng ra ngoài pha lỏng hoặc pha khí, khi đó quá trình hấp phụ sẽ đạt trạng thái cân bằng.
2.4.1. Hấp phụ xử lý các chất vô cơ
Lấy 0,2g vật liệu lắc với 100ml dung dịch Pb(NO3)2 (Co) sau 2h ở pH = 3. Sau đó lấy mẫu ra lọc trên phễu và phân tích nồng độ Pb2+ còn lại trong dung dịch (Ct) trên máy AAS.