muối: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photphat
Thành phần của đá ong tự nhiên chủ yếu là Al, Fe và Si. Do vậy khi biến tính đá ong chúng tôi sử dụng các dung dịch muối sắt (III) nitrat và natri silicat. Ngoài ra, dung dịch natri photphat được sử dụng trong quá trình biến tính đá ong nhằm mục đích gắn các tâm hoạt động PO43-
lên bề mặt đá ong để làm tăng khả năng hấp thu các cation kim loại nặng của vật liệu.
3.2.2.1. Tổng hợp vật liệu M3(0) từ hóa chất tinh khiết là: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photphat
Trước khi biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photphat, chúng tôi tiến hành tổng hợp các vật liệu M3(0) và M4(0) từ hóa chất tinh khiết. Mục đích của việc tổng hợp hai vật liệu này là so sánh khả năng hấp thu các ion kim loại nặng của đá ong biến tính với các vật liệu tổng hợp từ hoá chất tinh khiết.
Tiến hành tổng hợp vật liệu M3(0) theo các bước sau :
- Bước 1: Pha 250ml dung dịch Fe(NO3)3 0,5M, (dung dịch (1)).
- Bước 2: Pha 250ml dung dịch hỗn hợp Na2SiO3 và Na3PO4 0,25M, dung dịch thu được gọi là dung dịch (2).
- Bước 3: Nhỏ từ từ dung dịch (1) vào dung dịch (2) cho đến hết. Khi nhỏ phải khuấy dung dịch liên tục bằng máy khuấy từ hoặc máy khuấy cơ. Sau khi nhỏ hết dung dịch (1), kiểm tra pH của dung dịch bằng pH met. Điều chỉnh pH của dung dịch tới pH = 6,0 7,0 bằng dung dịch HCl hoặc dung dịch NaOH 0,1M. Tiếp tục khuấy dung dịch thêm khoảng 30 phút đến 1 giờ.
- Bước 4: Thủy nhiệt dung dịch trong 24 72 giờ ở nhiệt độ 60
- Bước 5: Lọc rửa mẫu vật liệu đã thủy nhiệt nhiều lần bằng nước cất. Đem mẫu vật liệu sấy khô ở 1100C trong 2 giờ. Để nguội, nghiền và rây vật liệu lấy các kích thước hạt khác nhau (0,2 – 0,6mm và nhỏ hơn 0,2mm) thu được vật liệu M3(0). Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.2.2. Tổng hợp vật liệu M4(0) từ hóa chất tinh khiết là: sắt (III) nitrat, natri silicat và natri photphat
Tiến hành tương tự như mục 3.2.2.1, thay dung dịch hỗn hợp Na2SiO3 và Na3PO4 0,25M bằng dung dịch hỗn hợp Na2SiO3 và Na3PO4
có nồng độ 0,5M thu được vật liệu M4(0). Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.2.3. Biến tính đá ong thành vật liệu M3
Vật liệu M3 được tiến hành biến tính tương tự như khi tổng hợp vật liệu M3(0) (mục 3.2.2.1) nhưng ở bước 3 có thêm 25,0g đá ong tự nhiên M0 trước khi nhỏ từ từ đến hết dung dịch (1) vào dung dịch (2). Sau đó điều chỉnh pH của dung dịch, thuỷ nhiệt, lọc rửa, sấy khô, nghiền nhỏ và rây thu được vật liệu đá ong biến tính M3. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.2.4. Biến tính đá ong thành vật liệu M4
Tiến hành thí nghiệm tương tự như khi tổng hợp M4(0) (mục 3.2.2.2) nhưng thêm từ từ 25,0g đá ong tự nhiên M0 vào dung dịch (2) trước khi nhỏ từ từ đến hết dung dịch (1) vào, thu được vật liệu M4. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.2.5. Biến tính đá ong thành vật liệu M5
Tiến hành tương tự như quá trình biến tính đá ong thành vật liệu M4 (mục 3.2.2.4) nhưng thay 25,0g đá ong tự nhiên M0 bằng 50,0g đá ong tự nhiên M0, thu được vật liệu M5. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
M3, M4 và M5 là các vật liệu đá ong biến tính trên nền sắt có gắn thêm các tâm hoạt động photphat để làm tăng khả năng hấp thu các cation kim loại nặng của vật liệu.
3.2.3. Biến tính đá ong bằng cách sử dụng đồng thời các dung dịch muối: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và thêm đất hiếm muối: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và thêm đất hiếm xeri
Các nguyên tố đất hiếm (NTĐH) là nguyên liệu cho nhiều ngành khoa học, kỹ thuật và công nghệ (công nghệ hàng không, vũ trụ và quốc phòng; công nghệ chế tạo vật liệu quang học, vật liệu siêu dẫn, công nghệ hoá học chế tạo thuốc nhuộm...). Nhờ có một số tính chất khá đặc biệt điển hình như nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt thăng hoa cao nên các NTĐH nói chung và xeri (Ce) nói riêng (xeri có nhiệt độ nóng chảy là 8040C; nhiệt độ sôi là 34700C và nhiệt thăng hoa là 419kJ/mol) đã được ứng dụng nhiều trong quá trình tạo ra các vật liệu mới ứng dụng vào phân tích [25]. Do đó chúng tôi đã nghiên cứu sử dụng xeri trong quá trình biến tính đá ong để làm tăng độ bền và độ xốp của vật liệu.
3.2.3.1. Tổng hợp vật liệu M5(0) từ hóa chất tinh khiết là: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và đất hiếm xeri (từ oxit xeri)
Tổng hợp vật liệu M5(0) theo các bước sau:
- Bước 1: Cho 8,70g CeO2 98% vào cốc thủy tinh chịu nhiệt, thêm vào 5ml nước cất và khuấy đều. Tiếp tục thêm vào 2025ml HNO3 đặc và đun ở 80900C, vừa đun vừa khuấy tới khi tan hết CeO2, thu được dung dịch Ce4+. Cho dung dịch Ce4+
ở trên vào 250ml dung dịch Fe(NO3)3
0,5M. Khuấy đều thu được dung dịch (1).
- Bước 2: Pha 250ml dung dịch Na2SiO3 và Na3PO4 0,5M thu được dung dịch (2).
- Bước 3: Thêm từ từ đến hết dung dịch (1) vào dung dịch (2). Khi thêm phải khuấy dung dịch liên tục bằng máy khuấy từ hoặc máy khuấy
cơ. Khi nhỏ hết dung dịch (1), kiểm tra pH của dung dịch bằng pH met. Chỉnh pH của dung dịch tới pH = 6,57,0 bằng dung dịch HCl hay NaOH 0,1M. Tiếp tục khuấy dung dịch thêm khoảng 30 phút đến 1 giờ.
- Bước 4: Thủy nhiệt dung dịch trong 4872 giờ ở 60 - 700
C.
- Bước 5: Lọc rửa mẫu vật liệu đã thủy nhiệt nhiều lần bằng nước cất. Đem mẫu vật liệu sấy tiếp ở 1100C trong 2 giờ. Để nguội, nghiền và rây lấy các kích thước hạt khác nhau, thu được vật liệu M5(0). Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.3.2. Tổng hợp vật liệu M6(0) từ hóa chất tinh khiết là: sắt (III) nitrat, natri silicat, natri photphat và đất hiếm xeri (từ hidroxit xeri)
Quá trình tổng hợp vật liệu M6(0) hoàn toàn tương tự như quá trình tổng hợp vật liệu M5(0) (mục 3.2.3.1). Tuy nhiên, khi chuẩn bị dung dịch (1), thay 8,70g CeO2 98% bằng 10,50g Ce(OH)4 99%. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.3.3. Biến tính đá ong thành vật liệu M6
Tiến hành thí nghiệm tương tự như quá trình tổng hợp vật liệu M5(0) (mục 3.2.3.1), nhưng ở bước 3 có thêm 25,0g đá ong tự nhiên M0
trước khi nhỏ từ từ đến hết dung dịch (1) vào dung dịch (2) thu được vật liệu M6. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch và đậy kín.
3.2.3.4. Biến tính đá ong thành vật liệu M7
Thay 25,0g đá ong tự nhiên M0 bằng 50,0g đá ong tự nhiên M0 và tiến hành tương tự như mục 3.2.3.3, thu được vật liệu M7. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch, đậy kín.
3.2.3.5. Biến tính đá ong thành vật liệu M8
Thêm 25,0g đá ong tự nhiên M0 vào dung dịch (2) và tiến hành tương tự như mục 3.2.3.2, thu được vật liệu M8. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch.
3.2.3.6. Biến tính đá ong thành vật liệu M9
Thêm 50,0g đá ong tự nhiên M0 vào dung dịch (2) và tiến hành như mục 3.2.3.2, thu được vật liệu M9. Bảo quản vật liệu trong lọ PE sạch.
Các mẫu M6, M7, M8 và M9 là các mẫu vật liệu đá ong biến tính có gia thêm đất hiếm xeri làm bền vững cấu trúc của đá ong, đồng thời các tâm hoạt động photphat cũng được gắn lên trên bề mặt của vật liệu, làm tăng khả năng hấp thu các cation kim loại Cu2+
, Pb2+, Cd2+, Co2+ và Ni2+ của vật liệu.