Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển một số ion kim loại nặng và ion amoni trên nhôm ôxit, silic ôxit và đá ong có kích thước micro-nano

Những nghiên cứu gần đây cho thấy quá trình biến tính AI2O3, S1O2 và đá ong bàng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện thân thiện với môi trường có thể thay đổi nhiều đặc tính bề mặt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐHQGHN

BÁO CÁO TỎNG KÉT KÉT QUẢ THỤC HIỆN ĐÈ TÀI KH&CN

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài: Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển một số ion kim loại nặng và ion amoni trên nhôm ôxit, silic ôxit và đá ong có kích thước micro-nano

Mã số đề tài: QG 16.12.

Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Tiến Đức

ĐAI HỌC QUÓC GIA HA NỌi_

TRUNG TAM THÕNG TIN THƯ VIỆN

0 0 0 6 0 0 0 0 4 5 1

Hà Nội, 2017

PHẦN [ THÔNG TIN CHUNG

1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển m ột số ion kim loại nặng và ion amoni

trên nhôm ôxit, silic ôxit và đá ong có kích thước micro-nano

1.2 Mã số: QG 16.12

1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

T T Chức danh, học vị, họ và tên Đơn vị công tác Vai trò thưc hiện đề tài

1.4 Đon vị chủ trì: T rường Đ ại học Khoa học T ự nhiên - Đ ại học Quốc gia Hà Nội

1.5 T hòi gian thực hiện:

1.5.2 Gia hạn (nếu c ó ): đến tháng năm

1.6 Những thay đỗi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Ve mục tiêu, nội dung, p h ư ơ n g pháp, kết quả nghiên cím và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ỷ kiến của Cơ quan quàn lý)

1.7 Tổng kinh phí đưọc phê duyệt của đề tài: 350 triệu đồng

PHÀN II TỎNG QUAN KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u

Viết theo cấu trúc m ột bài báo khoa học tổng quan từ 6-15 trang (báo cáo này sẽ được đăng trên tạp chí khoa học Đ H Q G H N sau khi đề tài được nghiệm thu), nội dung gồm các phần:

1 Đ ặt vấn đề

Sự phát triển khoa học kĩ thuật và cồng nghệ đã làm cho đời sống của con người ngày càng được nâng cao Tuy nhiên, sự phát triển đó đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường nước M ột trong số các chất gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường nước phải kể đến là các kim loại nặng và amoni Các kim loại nặng và amoni không chỉ gây ô nhiễm môi trường m à còn gây ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người, liên quan trực tiếp đến sự biến đổi của gan, thận, gây ung thư và nhiều căn bệnh khác dù chỉ ở hàm lượng nhỏ K im loại nặng và amoni gây ảnh hưởng xấu tới thành phần sinh học và các thành phần khác của môi trường nước Các ion kim loại nặng độc hại độc hại được thải ra nguồn nước từ nhiều hoạt động sống và sản xuất của con người như Pb2+, C u 2+, C d 2+ trong k h i am oni trong dung d ịch thường tồn tại ở dạng N H 4+ [1-4

1

V iệ c nghiên cứu v à xử lý các ion kim loại nặng và am oni trong nước có v a i trò quan trọng trong bảo vệ sức khoẻ co n người D o đó, nghiên cứu xử lý các ion k im lo ại nặng v à am oni đã và đang thu hút được sự quan tâm củ a các nhà khoa học trong v à ng o ài nước.

C á c ion kim loại nặng v à am oni trong nguồn nước có thể xử lý bằng một số phương pháp như hấp phụ, phương pháp trao đổi ion, phương pháp keo tụ, Trong số các phương pháp xử lý ion kim loại nặng v à am oni trong m ôi trường nước, hấp phụ sử dụng vật liệ u rẻ tiền, sẵn có từ các nguồn thải, nguồn phụ phẩm nông nghiệp hay vật liệu có nguồn gốc tự nhiên như các loại khoáng sét là một trong số những phương pháp hiệu quả cao và phù họp với các nước đang phát triển

Nhôm oxit (A I2O 3), silica oxit (S1O2) là các chất hấp phụ quan trọng và đã được nghiên cứu rộng rãi trong công nghiệp hoá học, môi trường [1, 2] Trong khi đó, đá ong là khoáng sét tự nhiên

có chứa các oxit kim loại điển hình và có khả năng chế tạo thành vật liệu hấp phụ tốt Những nghiên cứu gần đây cho thấy quá trình biến tính AI2O3, S1O2 và đá ong bàng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện thân thiện với môi trường có thể thay đổi nhiều đặc tính bề mặt của vật liệu hướng tới triển vọng để xử lý các ion kim loại nặng độc hại N goài ra, AI2O 3, S1O2 và đá ong đã được biến tính bằng chất hoạt động bề mặt và polyme mang điện để xử lý ô nhiễm kim loại nặng và amoni có thể phát triển thành vật liệu pha tĩnh cho kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu và xác định kim loại nặng và amoni trong nguồn nước cần mang vật liệu kích thước m icrom et lên cột nhồi Vì vậy, nghiên cứu khả năng vận chuyển các ion kim loại nặng trên cột nhồi vật liệu hấp phụ kích thước microm et cũng rất quan trọng N ghiên cứu các đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim loại nặng (C u2+, Pb2+ và Cd2+) và N H 4+ trên vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong biến tính bằng chất hoạt động bề

m ặt hoặc polyme m ang điện để xử lý các chất thải vô cơ gây ô nhiễm, hoặc ứng dụng vào kĩ thuật chiết pha rắn làm giàu và xách định ìon Cu2+, Pb2+, Cd2+ và N H4+ là m ột hướng nghiên cứu mới,

Đ ề tài khoa học này ngh iê n cứ u đặc tính hấp phụ v à vậ n chu yển io n k im loại nặng (C u 2+, Pb2+ v à C d 2+) và N H 4+ trên vật liệ u AI2O3, S1O2 v à đá ong có k íc h thước nanom et và m icrom et đã được chế tạo và biến tính bằng chất hoạt động bề m ặt và polym e mang điện ứng dụng trong xử lý

m ô i trường cũng như k ĩ thuật chiết pha rắn làm giàu v à xá c đ ịn h chúng

Đ ể thực hiện m ụ c tiêu trên, ng hiên cứu hoạt hóa v à x ử lý bề mặt ô x it k im loại AI2O3, S1O2

và đá ong có kích thước micro-nano bằng nhiệt độ cao và biến tính bề m ặt bằng hấp phụ chất hoạt động bề m ặt hoặc polym e m ang điện tích Đặc tính cấu trúc và đặc tính bề mặt của vật liệu ôxit kim loại AÌ2O3, S1O2 và đá ong được đánh giá bằng các phương pháp vật lý và hoá lý hiện đại Sau đó,

đá ong đã được biến tín h bằng hấp phụ chất hoạt động bề mặt Đ án h g iá quá trình hấp phụ đẳng nhiệt bằng các mô h ìn h hai bước hấp phụ So sánh thực n g hiệm vớ i m ô h ìn h hấp phụ đẳng nhiệt v à đánh giá sự thay đổi đ iện tích bề mặt, nhóm chức bề mặt để đề xuất cơ chế hấp phụ

ôxit kim loại A I2O 3, SÌO2 và khoáng sét đá ong với kích thước cỡ micro-nano T ừ đó, nghiên cứu một cách hệ thống đặc tính hấp phụ bề mặt của một số ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion

am oni (NH4+) gây ô nhiễm nguồn nước trên các vật liệ u AI2O3 S1O2 v à khoáng sét đá ong vớ i kích thước micro-nano đã được biến tính bề mặt bằng chất hoạt động bề m ặt và polym e mang điện tích

Đe tài cũng nghiên cứu quá trình vận chuyển ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion amoni (N tỈ4+) trên cột nhồi ôxit kim loại và đá ong đã được biến tính để ứng dụng xừ lý nước bị ô nhiễm kim loại nặng và amoni Ngoài ra, cột nhồi oxit kim loại được ứng dụng làm pha tĩnh trong

kĩ thuật chiết pha rắn để làm giàu và xác định kim loại nặng Pb2+, Cd2+ trong m ẫu nước hồ

3 Phương pháp nghiên cứu

Đe tài khoa học này đã sử dụng nhiều phương pháp phân tích bề mặt và cấu trúc vật liệu

AI2O3, S1O2 và đá ong Cấu trúc của vật liệu được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kích thước và độ xốp tương đối của vật liệu được đánh giá bằng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM) Trong khi đó, thành phần ôxit kim loại, cacbon và tạp chất trong vật liệu được phân tích bằng phương pháp khối phổ plasm a cao tần cảm ứng (ICP-M S) và đo tổng cacbon Phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp N2 theo BET đã được sử dụng để xác định diện tích bề mặt và phân bố lồ xốp Đện tích bề mặt vật liệu được đánh gia bằng chuẩn độ điện thế và đo thế zeta

Các phương pháp nghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển: N ghiên cứu hấp phụ tĩnh, đánh giá ảnh hưởng của pH và nồng độ muối nền đến sự hấp phụ chất hoạt động bề mặt (CHĐBM )

và polyme m ang điện tích Xác định sự thay đổi điện tích bề mặt sau khi hấp phụ CHĐBM và polyme mang điện tích bằng đo thế zeta Phân tích nhóm chức đặc trưng sau khi hấp phụ CHĐBM

và polyme trên vật liệu AI2O 3, S1O2 và đá ong bằng phổ hồng ngoại FT"IR Phương pháp đo động học và thiết kế lấy phân đoạn các dung dịch để đánh giá đặc tính vận chuyển của các ion kim loại nặng và ion am oni

Đối với nghiên cứu hấp phụ và vận chuyển các ion kim loại nặng, ion amoni trên các vật liệu thì các phư ơng pháp phân tích rất quan trọng N g h iê n cứu đã xá c đ ịnh nồng độ kim lo ại nặng bằng phương pháp ICP-M S và phổ hấp thụ nguyên tử AAS Phân tích nồng độ ion amoni bằng phương pháp trắc quang và phương pháp điện di mao quản Đo phổ UV-V is của phức cặp ion giữa chất hoạt động bề mặt (CHĐBM ) với phẩm màu mang điện tích trái dấu trong dung môi hữu cơ để xác định nồng độ CHĐBM Phương pháp phổ UV-Vis và đo tổng cacbon và tổng nitơ xác định nồng độ polym e m ang điện tích

4 Tổng kết kết quả nghiên cứu

4.1 Đặc tính cấu trúc, bề m ặt và nhóm chức lioạí hoá của vật liệu

Các vật liệu AI2O 3, S1O2 và đá ong sau khi được tổng hợp được xác định cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) K ết quả giản đồ XRD được cho ở H ình 1 đến Hình 3

3

Hình 1 Giản đồ X R D của vật liệu A I2 O 3 tổng hợp từ hoá chất tinh khiết

2-Theta - Scale

2-Theta - Scale

H ình 3 Giản đồ X R D của vật liệu đả ong đã đựoc x ử lý bề mặt

Giản đồ XRD của các vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong cho thấy trong khi vật liệu AI2O3, S1O2

có cấu trúc đơn giản thì vật liệu đá ong có nhiều pha phức tạp [1-3] V ật liệu AI2O3 được tổng hợp

từ h o á chất tinh khiết trong phòng thí nghiệm có cấu trúc dạng alpha bền vững ( 2 0 ở các góc đặc

- trưng 25, 35, 43 và 58); S1O2 được chế tạo từ vỏ trấu có cấu trúc vô định hình ( 2 0 từ 2 0 - 24), và cấu

4

trúc đá ong pha của m ột số oxit kim loại silica dạng quarzt pha hematite và geothite của oxit sắt ( 2 0

từ 45 và 6 6) [1,3]- N hư vậy, vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong đã được chế tạo và thành công

B e mặt củ a vật liệ u được đánh giá bằng phương pháp k ín h hiến v i đ iện tử quét (S E M ) Á nh

S E M của AI2O3, S1O2 và đá ong được chỉ ra ở H ìn h 4 đến H ìn h 6

S4800-NIHE ID.OkV 9.4mm x200k SE(M,LA0) 4/ 13/2017' ' ' ' '2Òũnm

Kết quả ảnh S E M của vật liệu AI2O3, S1O2 v à đá ong cho thấy trong kh i AI2O3, S1O2 có bề mặt khá xốp v à có k íc h thước cỡ nanom et thì đá ong có bề m ặt trơ v à có k íc h thước m icrom et [1 ,3]•

C ác n hó m chứ c bề mặt của AI2O3, S1O2 v à đá ong được đánh g iá bằng phương pháp phố hồng ngoại ( F T - IR ) K ế t quả phổ I R của AI2O3, S1O2 và đá ong được cho ở H ìn h 7 đến H ìn h 9

5

H ìn li 7 P h ổ hồng ngoại (F T - IR ) của vật liệu AI2O3

H ìn h 9 P h ổ hồng ngoại ( F T - IR ) của vật liệ u đá ong

H ìn h 7 đến H ìn h 9 cho thấy các nhóm chứ c hoạt động đặc trưng củ a vật liệ u AI2O3, S i02 v à

đá ong đã được thể h iện trên phổ hồng ngoại ( F T - IR ) chứng tỏ các vật liệ u hấp phụ đã được chê tạo

v à b iến tín h thành cô ng [1-3

H ấ p phụ đẳng nhiệt của ion k im loại nặng trên AI2O3, S1O2 v à đá ong được tiến hành ở nhiệt

độ phòng 25°c ± 3°c , nhiệt độ khống chế bằng đ iều hoà nhiệt độ

6

4.2.1 Đặc tính hấp p h ụ của ion kim loại nặng

a) A nh hưởng của p H

hấp phụ và xử lý ion kim loại nặng Pb2+ và Cd2+ trong khi xử lý Cu2+ được nghiên cứu trên vật liệu

H ình 10 Ảnh hưởng của p H tới hiệu su ất x ử lỹ P b2+

K ết quả khảo sát ảnh hưởng của pH (Hình 10 và H ình 11) cho thấy hiệu quả xử lý Pb2+, Cd2+ trong dung dịch tăng lên đáng kể khi sử dụng vật liệu đã được xử lý và biến tính (Mi và M 2) Vật liệu M i cho hiệu quả xử lý tôt hơn vật liệu chưa xử lý (Mo) được lý giải là do quá trình xử lý bê

do ở pH = 6, sự hấp phụ của proton H+ trên bề m ặt AI2O3 không đáng kể vì vậy bê m ặt vật liệu M2

mang điện tích âm bởi hình thành được lớp mixen kép với SDS Lớp m ixen kép hình thành trên bê mặt AI2O3 làm vật liệu hấp phụ có điện tích bề mặt âm hơn, do đó hiệu suất hấp phụ Pb2+, Cd2+ tăng lên so với vật liệu Mi dù không quá lớn Ở pH thấp, nồng độ H+ lớn và bề m ặt vật liệu mang điện tích dirơng khó có thể hấp phụ cation Pb2+, Cd2+ Khi pH > 6, quá trình giải hấp SDS được tăng

7

Hấp phụ của ion Cu2+ trên đá ong biến tính bằng SDS được cho ở hình 12

pH

H ình 12 Ả nh hưởng của p H tới hiệu su ất x ử lý Cu2+

Hình 12 cho thấy hiệu suất xử lý Cu2+ bằng đá ong biến tính với SDS tăng khi tăng pH của

tối ưu đê xử lý ion Cu2+ trong nước

b) Anh hưởng của thời gian tới cân bằng hấp phụ

Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ Pb2+ và Cd2+ của vật liệu AI2O3 (M2) trong những khoảng thời gian khác nhau từ 30 đến 240 phút Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Hình 13 và Hình 14

Hình 14 Ả nh hưởng của thời gian tới cân bằng hấp p h ụ Cd2+

Qua kết quả khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ (Hình 13 và H ình 14) tới hiệu suất xử

lý Pb2+, Cd2+ của vật liệu M2 có thể thấy rằng khi tăng thời gian hấp phụ, hiệu quả xử lý tăng Thời gian hấp phụ đạt cân bằng là 180 phút với Pb2+ và 120 phút đối với Cd2+ N hư vậy, thời gian hấp phụ được chọn là 180 phút với Pb2+ và 120 phút đối với Cd2+ [3]

Đối với hấp phụ xử lý Cu2+ sử dụng đá ong biến tính với SDS (H ình 15) cho thấy hiệu quả

xử lý tăng từ 10 đến 90 phút sau đó lại giảm do trong dung dịch nền muối có N a+ có khả năng ảnh

9

20

-10 3 0 60 9 0 120 150 180

t (phút)

Hình 15 Ảnh hưởng của tliời gian tới cân bằng hấp p h ụ Cd2+

c) Anh hưởng của lực ion

Lực ion (nồng độ m uối nền) có ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ ion kim loại Pb2+ và Cd2! trên vật liệu AI2O3 (M2) và Cu2+ trên đá ong biến tính do tác động đến lực tương tác tĩnh điện Nồng độ muối NaCl được khảo sát từ 0 đến 100 mM đối với Pb2+ và Cd2+ trong khi đối với Cu2+ từ 0 đén 50

mM Ket quả thu được trong Hình 16 đến Hình 18

Kết quả khảo sát ảnh hưởng của lực ion trong dung d ịch tới hiệu suất xử lý Pb2+ có xu hướng tăng lên khi tăng nông độ m uối hay tăng lực ion trong dung d ịch C hứ ng tỏ quá trình hấp phụ ion

Pb trên vật liệ u AI2O3 b iến tính vớ i SD S ch ịu ảnh hưởng củ a lự c tương tác tĩnh điện và các lự c tương tác kh ác như lự c tương tác bên hay kh ả năng tạo phức bề mặt giữa Pb2+ và S D S Ngoài ra, khi nông độ muôi NaCl tăng, khả năng một phân Pb2+ tạo phức với ion c r làm giảm nông độ Pb2 r trong dung d ịc h dẫn đên h iệ u suất xử lý tăng [6] Thêm vào đó, các phân tử S D S có thể co cụm tạo

ra lớp m ixe n kép trên bê m ặt AI2O3 dê dàng hơn v ì k h i tăng nông độ m uôi thì nông độ tới hạn tạo

m ixe n của S D S giảm , dẫn đến h iệ u suất hấp phụ Pb2+ tăng T ro n g kh i x ử lý C d 2+ cho thấy khi tăng nông độ N a C l thì khả năng hâp phụ C d 2f giảm cho thây hâp phụ C d 2+ trên vật liệ u M2 chịu ảnh hường ch ính của lực tương tác tĩnh điện ở nồng độ m uối từ lm M đến lOOmM K h i tăng nồng độ

N a C l từ 1 đên lOOmM làm giảm bê dày lớp điện kép trên bê m ặt vật liệu, đông thời làm tăng sự cạnh tranh v à sự tương tác giữ a các ion trong dung d ịch v ớ i vật liệ u , các ion C d 2+ hấp phụ lên bề mặt vật liệu M2 bị giảm đi do lự c tương tác tĩnh điện giữa phần âm của vật liệ u AI2O3 biến tính bằng S D S ( M 2) và cation C d 2’ Ở nồng độ N a C l nhỏ hơn lm M lực tương tác tĩnh đ iện tăng nhưng khả năng xử lý Cd2+ băng hấp phụ lại có xu hướng giảm nhẹ do ở nồng độ muối thấp tổng điện tích

bê mặt của AI2O 3 giảm nên hâp phụ giảm Do vậy, nông độ NaCl là lOrnM đôi với Pb2+ và lm M đôi với C d 2+ được chọn là điều kiện phù hợp để hấp phụ xử lý Pb2+ và C d 2+ bằng vật liệu AI2O3 biến tính vớ i S D S

100

80

_ 60à?

Hình 18 Ả nh liưởng của lực ion tới hiệu suất x ử lý Cu2+

Đối với hấp phụ xử lý Cu2f thấp nhất khi không có muối nền trong dung dịch chứng tỏ lực tương tác tĩnh điện đóng v a i trò quan trọng T u y nhiên kh i nồng độ m uối cao trên 10 m M , quá trình giải hâp SDS được tăng cường nên hấp phụ có x u hướng giảm [3,7] H ấp phụ C u 2+ trên đá ong biến tính chịu tác động của lực hút tĩnh điện và các lực tương tác khác

d) Hấp p hụ đăng nhiệt

T ro n g các đ iều k iệ n tối ưu, đường hấp phụ đắng nhiệt tại các nồng độ m u ối nền được nghiên cứu đê kh ẳng định cơ chế v à đặc tính hấp phụ Đ ường đẳng nhiệt hấp phụ P b 2+ v à C d 2+ trên AI2O3 biên tính v ớ i S D S được cho ở H ìn h 19 v à H ìn h 20 trong k h i hấp phụ C u 2+ trên đá ong biến tính SDS được cho ở Hình 21

11

4.2.2 Đặc tính hấp p h ụ của ion amonỉ

a) Anh hưởng của p H tới hấp p hụ am oni

Kết quả Hình 22 cho thấy hiệu suất xử lý amoni giảm khi tăng pH của dung dịch là do khi tăng pỉ í nồng độ OH' trong dung dịch tăng dần làm giải hấp SDS (chứa gốc sunphat) làm cho điện tích của nhôm oxit biến tính ít âm hơn sẽ giảm hiệu suât hâp phụ cation N H 4 Hiẹu suat đạt được cao nhất là 91% ở pH bằng 4,0 Ở pH < 4,0, nhôm oxit có thể bị hòa tan một phần, dẫn tới làm giảm hiệu suất hấp phụ [2] Do vậy, nghiên cứu chọn pH tối ưu là 4,0 để hấp phụ và xừ lý N H 4+.

b) Ảnh hưởng của thời gian tới căn bằng hấp p hụ amoni

xảy ra quá trình giải hấp N H4+ một phân vì ion N a trong m uôi nên co the gay anh hương cạnh tranh thúc đẩy quá trình giải hấp sau khi cân băng hâp phụ được thiêt lập [2] Do vậy, thơi gian can bằng hấp phụ là 180 phút

H ình 23 Ảnh hưởng của thời gian đến hấp p h ụ x ử lỹ N H / s ử dụng A I 2 O 3 biển tính

c) Ảnh hư ởng của lực ion tới hấp p h ụ amoni

Q ua các kết quả khảo sát thể hiện trên Hình 24 cho thây hiệu suât xử ly toi ưu đạt được ơ nồng độ m uối N aCl 1 m M với hiệu suất 92 % Dung lượng hấp phụ tăng khi giảm nồng độ muôi nền N aC l được lí g iải là do sự g iải hấp SDS trên bề mặt (X-AI2O3 k h i tăng nông độ m uôi Khi tăng nồng độ N aC l, do ảnh hưởng cạnh tranh của ion c r tác động tới nhóm sunphat của SDS dân đên

phần hấp phụ đẳng nhiệt

t (phút)

14

1 10 100

C N a C I ( m M )

ỉ lìn h 24 Ảnh hưởng của lực ion đến hấp pliụ x ử lý N H 4 s ử (lụng Á l2Oì biến tính

d) Hấp p hụ đẳng nhiệt của am oni trên AI 2 O 3 biến tính

Hình 25 cho thấy nồng độ muối tăng thì dung lượng hấp phụ giảm, đặc biệt là ở nồng độ muối cao (NaCl lOOmM) Khi nồng độ muối tăng khả năng giải hấp SDS được thúc đây dẫn đên hấp phụ am oni kém hơn Mô hình hai bước hâp phụ mô tả rât tôt ở tât cả các nong đọ muoi [2,8] Nói cách khác hấp phụ am oni chủ yếu là do liên kêt tĩnh điện của amoni mang điện dương va lưp điện âm trên bề m ặt AI2O 3 do SDS

C n H 4 4 ( M )

Hình 25 Hấp pliụ đẳng nhiệt của N H 4 trên AI 2 O 3 biển tinh

4.2.3 Đ ặc tính vận chuyển của ion kim loại nặng và amoni

Đ ặc tính vận chuyển dược nghiên cứu băng thí nghiệm động trên cột nhôi vật liệu sau khi xác định nồng độ ion kim loại nặng và amoni ở đâu ra

à) Đ ưòng cong vận chuyển của ion kim loại nặng

15

H ìn li 26 Đ ư ờng cong vận chuyển ỉon P b2+ riên g rẽ và trong hỗn hợp

16

H ìn li 28 Đ ư ờ n g cong vận chuyển ỉon C u 2+ riên g rẽ và trong hỗn hợp

K ết quả khảo sát hấp phụ động xây dựng đường cong vận chuyển của ion Pb2+’ Cd2+ và hỗn

cho thấy với đặc tính vận chuyển Pb2+ riêng lẻ và trong hỗn họp khác nhau chủ yếu ở các phân đoạn thể tích đầu trong khi đặc tính vận chuyển của Cd2+ riêng lẻ và trong hỗn hợp khác nhau khá lớn

Đ iều này có thể giải thích là do trong hỗn hợp Pb2+ hấp phụ m ạnh hơn Cd2+ Đối với chì cân bàng ứng với phân đoạn thể tích 1200,0 ml với vận chuyển riêng lẻ và trong hỗn họp Với Cd riêng lể và trong hỗn họp ứng với phân đoạn thể tích là 300,0ml và 500,0ml quá trình hấp phụ đạt cân bằng

Đ á ong biến tính có khả năng lưu giữ Cu2+ rất tốt c ầ n đến 100 ml mới phát hiện được Cu24

ra khỏi cột Cân bằng chỉ được thiết lập sau 500,Oml và 250,0 ml đối với vận chuyển riêng lẻ và trong hỗn họp

Qua đồ thị đường cong vận chuyển có thể thấy rằng khả năng hấp phụ của Pb2+, Cd2+ và Cu2+ trong dung dịch hỗn họp có nồng độ đạt cân bằng cao hơn so với trong dung dịch riêng lẻ và phân đoạn hấp phụ của C d2+ nhỏ hơn so với Pb2+ nguyên nhân là do quá trình hấp phụ canh tranh trên cột trong đó Pb2+ hấp phụ mạnh hơn nhưng lâu đạt cân bằng hơn Trong khi đó cân bằng của

Cu + được thiết lấp khá chậm chứng tỏ Cu2+ được hấp phụ và lưu giữ tốt trên cột

b) Đ ường cong vận chuyển của ion amonì

Hình 29 cho thấy vật liệu AI2O3 có khả năng hấp phụ ion amoni khá tốt tốt Sau 50,0 ml thể tích mới phát hiện được NHU+ ra khỏi cột Cân bằng chỉ được thiết lập sau 150,0 ml Như vậy cột nhồi có thể xử lý được am oni nồng độ tối thiểu 15 ppm sau hơn 50,0 ml

ĐAI HỌC QUỐC GIA HA NỘI_ TRUNG TAM THÔNG TIN 1HƯ VIỆN

17

V ( m l )

5 Đánh giá về các kết quả đã đạt được và kết luận

K ết quả đạt được về đặc tính hấp phụ và vận chuyển, các ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+,

C d 2+) và io n am oni (N FLị+) trên ô x it k im lo ại AI2O 3, S1O2 v à khoáng sét đá ong là rât hệ thông và có quy luật phù hợp với các công trình quôc tê đã công bô Đê tài này là công trình khoa học đâu tiên ở Việt N am nghiên cứu thành công các đặc tính hấp phụ và vận chuyển Các kêt quả nghiên cứu mở

ra một hướng mới trong lĩnh vực hoá học và công nghệ vê việc sử dụng các hoá chât thân thiện với

m ôi trường như chất hoạt động bề mặt và p o lym e m ang điện để biên tính bê mặt các vật liệ u o xit kim loại nhằm tăng khả năng xử lý các kim loại nặng độc hại và ion amoni

Thành công bước đầu trong việc biến tính đá ong - một loại khoáng sét phổ biên, sằn có và

rẻ tiên m ở ra m ột triển vọng lớn trong việc tận dụng nguôn tài nguyên thiên nhiên đê xử lý môi trường nước theo hướng xanh và bền vững

Các kết quả thu được có tính sáng tạo và tính mới minh chứng bằng việc đã công bố thành công hai công trình trên tạp chí ISI đúng chuyên ngành là Journal o f Chem istry và Environmental Chemistry Trong đó, tạp chí Environmental Chem istry là tạp chí hàng đâu của hiệp hội khoa học

Úc (CSIRO) với chỉ số ảnh hưởng cao IF = 3,516 cho thấy thành công của đề tài đáng được ghi nhận và rất nên được m ở rộng, phát triển

6 T óm tắ t kết q u ả (tiếng Việt và tiếng Anh)

Công trình khoa học này là công trình đầu tiên trong trong nước và quốc tế nghiên cứu thành công đặc tính hấp phụ và vận chuyển của ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion amoni (N H 4+) trên ô xit k im lo ạ i AI2O3, S1O2 v à kh oáng sét đá ong C á c vật liệ u o x it k im lo ại AI2O3 v à

S1O2 được chế tạo thành công từ hoá chất tinh khiết và từ vỏ trấu (một nguồn phụ phâm nông nghiệp sẵn có, rẻ tiền) Các đặc tính cấu trúc và bề m ặt của vật liệu được nghiên cửu một cách hệthống bằng các phương pháp phân tích hoá lý hiện đại bao gôm nhiêu xạ Rơnghen (XRD), ảnh chụp

bề mặt (SEM ) và phổ hồng ngoại (FT-IR)

Đ á ong tự n hiên v à AI2O3, S1O2 sau k h i điều chế được nghiên cứu biến tín h bằng chất hoạt động bề m ặt mang điện âm (SDS) và polym e m ang điện dương PDADM AC đê tăng hiệu quả xử lý ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion amoni (N H 4+) K ết quả nghiên cửu cho hiệu suât xử lý các ion kim loại nặng (C u; ', Pb2+, Cd2+) và ion amoni (NH4+) tăng lên rất nhiều so với khi chưa biến tính cho thấy vật liệu rất tiềm năng để xừ lý (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion amoni (N H4+) băng oxit kim loại AI2O3 S1O2 v à đá ong Đ ặc tính, cơ chế hấp phụ của ion kim lo ại nặng ( C u 2+, Pb2+, C d 2"^)

và ion am oni (NI-Lị+) trên oxit kim loại AI O SO và đá ong được đê xuât trên cơ sở phân tích kêt

quả hâp phụ đăng nhiệt, phân tích sự thay đôi nhóm chức bê mặt vật liệu Các đường cong vận chu yên (C u , Pb , C d 2h) được nghiên cứu riêng lẻ và trong hỗn hợp v à đặc tính vận chuyển ion

The present proịect is the íirst sudy that investigates adsorption and transport characteristics

o f heavy metal ion (C u +, P b 2+, C d 2+) and am m onium io n (N H 4+) onto m etal o xid es AI2O3, S1O2 and laterite 1 he m aterials AI2O 3 and S1O2 were su cc e ssfu lly synthesized from ch e m icals and rice husk, respectively The structure and sưrfasse properties o f m aterials were analyzed by physicochemical

m ethods such as X rays diffraction (XRD), scanning electron m iscroscopy (SEM ) and Fourier transíorm inữared spectroscopy (FT-IR)

The natural laterite was modified by anionic surfactant (SDS) and polycation (PDADM AC)

to enhance rem oval e ffic ie n c y o f heavy níetal ions ( C u 2+, Pb , C d ) an am m onium ion (N H 4+) Our results indicated that the materials are novel to remove heavy metal and ammonium ions

A dsorption characteristics and mechanisms o f heavy metal ions (Cu2+, Pb2+, Cd2+) an ammonium ion (N H 4+) Đ ặc tính, cơ chế hấp phụ của ion k im lo ại nặng ( C u 2+, Pb2+, C d 2+) v à io n amoni (N H 4+) onto metal oxide and lateite were suggested on the basis o f adsorption isotherms and surface

m odiíication based on íunctional groups The breakthrough curves o f (Cu2+, Pb2+, Cd2+) as

Tài liệu tham khảo

1 T ie n D u c Pham , C u o n g M an h V u , H y o u n g J in C h o i, “ E nhanced íracture toughness and

mechanical properties o f epoxy resin with rice husk-based nano-silica” Polymer Science - Series A,

Vol 59 (2017), Issue 3, pp 437-444

2 I ien Duc Pham, Thi Trang Do, Van Lau Ha, Thi Hai Yen Doan, Thi Anh Huong Nguyen, Thanh Duc Mai, M otoyoshi Kobayashi and Yasuhisa Adachi, “A dsorptive rẹmoval o f am monium ion from aqueous so lu tio n u sin g surfactant-m odified a lu m in a ” , Environmental Chem ỉstry, V o l 14 (2017) N o 5, pp 327-337

3.Tien Duc Pham, Hoang Hiep Nguyen, Ngoe V iet N guyen, Thanh Tu Vu, Thi N goe Mai Pham, Thi Hai Yen Doan, M anh H a N guyen, Thi Mai V iet N go, “A dsorptive Removal o f Copper by using

Surĩactant m odified Laterite soil”, Journaỉ o f Chem istry (2017), 2017, Article ID 1986071, 10

pages

from aqueous solution using alumina modified with anionic suríactant and polyanion”, The

5 Pham T ie n D u c, D o T h i M in h H ue, Pham T h i N g o e M a i, N g u y e n V a n R i, “ A d so rp tiv e rem oval

o f heavy metal ion and antibiotic from aqueous solution by using polycation modified silica” ,

Vietnam Journ al o f Chemistry, V o l 54 (2016), N o 6 e l, pp 293 - 297

6 N g u y ễ n N g ọ c V iệ t, N g u y ễ n M ạ n h H à, Phạm T iế n Đ ứ c, “ H ấp phụ v à xử lý P b 2+ trong nước sử

dụng nhôm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề m ặt”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Tập 32, s ố 3,

Trang 268-272

7 M Kobayashi, F Juillerat, p Galletto, p Bowen, M Borkovec, “A ggregation and Charging o f

Colloidal Silica Particles: Effect o ĩP article Size” Langm uir 21 (2005), pp 5761-5769.

Interface Science 37 (1991), pp 1-32

19

PHẦN IU SẢN PHẨM , CÔNG BÓ VÀ KÉT QUẢ ĐÀO TẠO CỦA ĐÊ TÀI

3.1 Kết quả nghiên cứu

T T Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học hoặc/và chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật

- Yật liệu S1O2 có diện tích

- V ật liệu S1O2 có diện tích bề mặt 165,81 m2/g

- V ật liệu đá ong có diện tích

vật liệu hấp phụ đã được biến tính lần lượt là 0 , 1

mmol/g và 0,025 m m ol/g vật liệu

- Dung lượng hấp phụ tối thiểu đối với ion các kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+) và ion

phụ đã được biến tính lần lượt

là 0,15 mmol/g và 0,045

mm ol/g vật liệu

- Đặc tính bề mặt của vật liệu ôxit kim loại A I2O3,

S1O2 và khoáng sét đá ong bằng đo phổ hồng ngoại FT-IR cho thấy các nhóm chức đặc trưng, đo tỉ trọng điện tích, đo thế zeta chỉ ra

sự thay đổi điện tích bề mặt

- Đặc tính bề mặt và điện tích

bề m ặt của vật liệu ôxit kim loại AI2O3, S1O2 và khoáng sét

đá ong được chứng minh bằng

F T -IR v à đo thế zeta

ôxit kim loại AI2O3, S i02 và

khoáng sét đá ong đã được

biến tính

- Xử lý được các ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Cd2+)

ở nồng độ tối thiểu là 50 mg/L và ion amoni (N H4+)

ở nồng độ tối thiểu là 1 0

mg/L

- X ử lý được các ion kim loai nặng (Cu24’, Pb2+, Cd2+) ở nồng độ tối thiểu là 80 mg/L

được chấp nhận đơn hợp lệ / đã được cấp

giấy xác nhận

SH T T / xác nhận sử

dụng sản phẩm)

Ghi địa chỉ và cảm

on sự tài trợ của ĐHQGHN đúng quy định

Đánh giá chung

(Đạt, không đạt)

1.1 Tien Duc Pham , Thi Trang Do, Van Lau Ha,

Thi Hai Yen Doan, T hi Anh Huong

Nguy en,Thanh Duc M ai, Motoyoshi

Đã in trong Tạp chí ISI, T ập l4 ,

năm 2017, số 5,

Đã cảm ơn theo đúng quy định

Đạt

20

K.obayashi and Y asuhisa Adachi, “Adsorptive

rcmoval o f am m onium ion from aqueous

solution using surfactant-m odified alum ina” ,

Environmental Chemistry Vol 14 (2017) No 5,

pp 327-337

DOI: https://doi.org/10.1071/EN17102

(ISI, IF 3,516)

trang 327-337

1 2 Tien Duc Pham, Hoang Hiep Nguyen, Ngoe

Viet Nguyen, Thanh Tu Vu, Thi Ngoe Mai

Pham, Thi Hai Yen Doan, M anh Ha Nguy en,

Thi Mai Viet Ngo, “A dsorptive Removal o f

Copper by using Surfactant modiíĩed Laterite

soil”, Journal o f Chem istry (2017), 2017,

Article ID 1986071, 10 pages

DOI :https://doi.org/l 0.1155/2017/1986071

(ISI, IF 1,300)

Đã in trong Tạp chí ISI, số 2017, năm 2017, 10 trang

Đã cảm ơn theo đúng quy định

quôc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

Tiến Đ ức, “Hấp phụ và xử lý Pb2+ trong nước

sử dụng nhôm oxit biến tính bằng chất hoạt

động bề m ặt”, Tạp chí K hoa học ĐHQGHN:

Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32

(2016), Số 3, trang 2 6 8 - 2 7 2

Đã in trong Tạp chí K hoa học

Đ HQGHN số 3, tập 32 năm 2016, trang 268 - 272

Đã cảm ơn theo đúng quy định

Đạt

5.2 Pham Tien Duc, Do Thi M inh Hue, Pham Thi

Ngoe M ai, N guyen V an Ri, “Adsorptive

removal o f heavy metal ion and antibiotic from

aqueous solution by using polycation modified

silica”, Vietnam Journaỉ o f Chemìstry, Vol 54

(2016), No 6e l ,p p 293 - 2 9 7

Đã in trong Tạp chí H oá học số

2016, trang 293 - 297

Đ ã cảm ơn theo đúng quy định

Đạt

5.3 Pham Tien Duc, Bui N goe Anh, Doan Thi Hai

Yen, Do Thi U yen (2017), “Removal o f

ammonium ion íío m aqueous solution using

alumina modified with anionic surfactant and

polyanion” , The coníerence proceeding o f the

5th analytica V ietnam conĩerence 2017, pp.160

- 167

Đã in trong kỉ yêu hội nghị quốc tế Analytica lần thứ

5, năm 2017,

trang 160 - 167

Đ ã cảm ơn theo đúng quy định

Ghi chú:

Cột sản phẩm khoa học công nghệ: Liệt kê các thông tin các sản phẩm K H C N theo thứ tự

<tên tác giả, tên công trình, tên tạp chí/nhà xu ấ t bủn, số p h á t hành, năm p h á t hành, trang đăng công trình, m ã công trình đũng tạp chí/sách chuyên khảo (DOI), loại tạp chí ISI/Scopus>

Các â n p h ã m khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo ) chỉ ãươc chấp nhân nếu

có g hi nhận địa chỉ và cảm ơn tài trợ của Đ H Q G H N theo đủng quy định.

Bản phô tô tocm văn các ẩn phẩm này ph ả i đưa vào p h ụ lục các minh chứng của báo cáo Riêng sách chuyên khảo cần có bản phô tô bìa, trang đầu và trang cuối có ghi thông tin mã số xuất

3.3 Kết quả đào tạo

Thời gian và kinh phí tham gia đề tài

(số tháng/số tiền)

Công trình công bố liên quan

(Sản phẩm KHCN, luận án, luận vãn) Đã bảo vệ

N ghiên cứu sinh

1

Học viên cao học

triệu

01 bài b áo q u ố c tế IS I v à 01 b ài

b áo tro n g n ư ớ c, lu ận v ăn C H

Cột công trình công bố ghi như mục III ỉ.

PH ÀN IV TỎNG HỢP K É T QUẢ CÁC SẢN PHẨM KH & CN VÀ ĐÀO TẠO CỦA ĐÊ TÀI

đăng ký

Sô lượng đã hoàn thành

ISI/Scopus

bàn

tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa

học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

hàng của đơn vị sử dụng

chính sách hoặc cơ sở ứng dung KH&CN

22

PHẦN V T ÌN H HÌNH s ử DỤNG KINH PHÍ

Kinh phí đưọc duyệt

(triệu đồng)

Kinh phí thực hiện

(triệu đồng)

G ì

A Chi p h í trực tiếp

PHẦN VII PHỤ LỤC (minh chứng các sản phẩm nêu ở Phần III)

Các phụ lục đính kèm bao gồm:

- Phụ lục 1 - Kết quả nghiên cứu: - Q uy trìn h ch ế tạ o v ậ t liệu A I2O3, S i 02 v à kh

đá ong

Phụ lục 2 - K ết quả công bố: 02 bài báo quốc tế ISI và 02 bài báo khoa học chuyí

trong nước, 0 1 bài báo hội nghị quốc tế

Phụ lục 3 - Kết quả đào tạo: 02 trang b ìa luận vă n cao học liê n quan đến đề tài, ì

các m inh chứng liên quan

CÁC PHỤ LỤC

1 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u

- Q u y t r ì n h c h ế t ạ o v ậ t l i ệ u A I 2 O 3 , S i 0 2 v à k h o á n g s é t đ á o n g

- K ết quả chụp d iệ n tích b ề m ặ t theo p h ư ơ n g p h áp B E T c h ứ n g m inh k ết q uả th o n g

số diện tích bề m ặ t đ ạt đ ư ợ c của v ật liệu đã chế tạo

2 P H Ụ L Ụ C 2: K Ế T Q U Ả C Ô N G BỐ

C ô n g trìn h cô n g bố trên tạp ch í kh oa h ọc q u ố c tế th eo hệ th ố n g IS I/S c o p u s

1 T ien Duc P h am , Thi Trang Do , Van Lau Ha, Thi Hai Yen Doan, Thi Anh HuongNguyên,'Thanh Duc Mai, M otoyoshi Kobayashi and Y asuhisa Adachi, “Adsorptive removal o f am m onium ion from aqueous solution using surfactant-m odified alum ina”,

DOI: https://doi.org/10.1071/EN17102 (ISI, IF 3,516) s ố đặc biệt của hội th ảo

I A I * 2 0 1 6

2 T ien Duc P h a m , Hoang Hiep Nguyen, Ngoe Viet Nguyen, Thanh Tu Vu, Thi NgoeMai Pham, Thi Hai Yen Doan, M anh Ha Nguyen, Thi Mai Viet Ngo, “Adsorptive Removal o f Copper by using Suríactant m odified Laterite soil”, Joum al o f Chemistry

DOI:https://doi.org/l 0.1155/2017/1986071 (IS I, IF 1,300)

B ài báo trên cá c tạ p ch í k h oa h ọc củ a Đ H Q G H N , tạ p ch í k h oa học ch u yên

n gàn h q u ố c gia h o ặ c b áo cáo kh oa học đ ă n g tr o n g k ỷ yếu h ộ i n g h ị q u ốc tế

1 P h am T ien D uc, Do Thi M inh Hue, Pham Thi N goe M ai, N guyen Van Ri,

“Adsorptive rem oval o f heavy metal ion and antibiotic from aqueous solution by using p o ly catio n m o d iíìe d s ilic a ” , Vietnam Journ a l o f Chemistry, V o l 54 (2016), N o

trong nước sử dụng nhôm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt” , Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: K hoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tập 32 (2016), s ố 3, trang 268 - 272

3 P ham T ien D uc, Bui N goe Anh, Doan Thi H ai Yen, Do Thi U yen (2017), “Removal

of ammonium ion from aqueous solution using alum ina m odiíĩed with anionic suríầctant and polyanion”, The conferen.ce proceeding o f the 5th analytica Vietnam conference 2017, pp.160 - 167

3 P H Ụ L Ụ C 3: K Ế T Q U Ả Đ À O T Ạ O

1 Học viên cao học: N guyễn Ngọc Việt

Tên luận văn “N ghiên cứu đặc tính hấp phụ và vận chuyển ion kim loại nặng trên nhômoxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt”

Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Tiến Đức

Đã bảo vệ tháng 5 năm 2017 với điểm số 9,92/10,00

2 Học viên cao học: Bùi N gọc Anh

Tên luận văn “N ghiên cứu đặc tính hấp phụ amoni trên vật liệu nhôm oxit biến tính” Cán bộ hướng dẫn: TS Phạm Tiến Đức

Đã bảo vệ tháng 3 năm 2017 với điểm số 9,87/10,0

PHỤ LỤC 1: KÉT QUẢ N G H IÊ N c ứ u

K ế t q u ả chụp d iệ n tí c h b ề m ặ t th e o p h ư ơ n g p h á p B E T c h ứ n g m in h k ế t quả

h ô n g số d iệ n tíc h b ề m ặ t đ ạ t đ ư ợ c c ủ a v ậ t liệ u đ ã c h ế tạ o

PHỤ LỤC 1: QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU Al20 3 và S i0 2

VÀ KHOÁNG SÉT ĐÁ ONG

1 Đặt vấn đề

Các vật liệu oxit kim loại điển hình (AI2O3 Fe2Ơ3 và S1O2) là vật liệu hấp phụ phổ biến,

do đó đã và đang được nghiên cún phát triển trong và ngoài nước [1, 2] Trong khi AI2O3

mang điện âm Ngoài ra, đá ong (thành phần chính là Fe2C>3, AI2O3 và S1O2) là nguồn khoáng

rẻ tiền sẵn có nên cũng có thể nghiên cứu thành vật liệu hấp phụ [3-5]

Đây là quy trình chế tạo và biến tính vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong để tạo thành vật liệu hấp phụ có hoạt tính cao

2 Mục tiêu

Q u y trình q u y trình chế tạo v à biến tính vật liệ u AI2O3, S1O2 v à đá ong đạt được hiệu quả với hiệu suất tốt Các vật liệu tạo thành có thể trở thành vật liệu hấp phụ ion kim loại nặng và ion amoni tốt

3 Phưong pháp nghiên cứu

Các vật liệu oxit kim loại AI2O3, S1O2 có thể được tổng hợp từ các hoá chất tinh khiết cũng như từ các nguồn vật liệu tự nhiên trong khi vật liệu đá ong được lấy từ các khu vực có nguồn đá ong dồi dào như Thạch Thất, Hà Tây hay Thái Nguyên

Đối với quy trình tổng họp từ hoá chất tinh khiết phương pháp phổ biến nhất là phương pháp sol-gel và phương pháp thuỷ nhiệt Trong đó phương pháp sol-gel có ưu thế hơn do tạo được vật liệu có hiệu suất cao hơn

Đe đánh giá hiệu suất của quá trình tổng họp vật liệu, các phương pháp hoá lý hiện đại được sử dụng bao gồm:

- N hiễu xạ tia X (XRD): Xác định cấu trúc của vật liệu ôxit kim loại AI2O 3, S1O2 và đá ong

- K ính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và kính hiển vi điện tử quét (SEM): phân tích cấu trúc và bề m ặt của vật liệu ôxit kim loại AI2O3, S1O2 và đá ong

- Phổ huỳnh quang tia X (XRF) và khối phổ plasm a cao tần cảm ứng (ICP-MS): phân tích thành phần ôxit kim loại và tạp chất trong vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong

và phân bố lỗ xốp (nếu có) của vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong

- Phương pháp điện động học xác định thế zeta của vật liệu AI2O3, Si 0 2 và đá ong trong

nền điện ly N aC l, KC1 bàng đo độ linh động điện di và đo thế dòng chảy

- Sắc ký lỏng tỉ trọng điện tích và chuẩn độ điện thế (đo pH) xác định điện tích bề mặt vật liệu AI2O3, S1O2 và đá ong

4 Quy trình tổng họp và chế tạo vật liệu

4.1 Vật liệu S1O2

a) Tổng họp từ hoá chất tinh khiết

Trong hệ đơn phân tán, silica dạng cầu là một hệ thống mô hình lý tưởng cho việc khảo sát các hiện tượng keo khác nhau Các hạt này có thể được tổng họp theo phương pháp Stober, trong đó sử dụng m ột tiền thân alkoxide, thường xuyên nhất tetraetoxy orthosilicat (TEOS), phản ứng với nước trong rượu trung bình (thường là ethanol) với một chất xúc tác cơ bản (thường là am oniac) Q uá trình bắt đầu với sự thủy phân của TEOS trong m ột dung dịch bazơ của nước và rượu:

xử lý bằng axit rử a nhiều lần bằng nước cất Tiếp đó sấy khô m ẫu ở 100 ° c trước khi chuyển

bằng a x it H2SO4 loãn g Sau m ỗ i lần rửa vật liệ u được rửa k ĩ bằng nước cất v à nung lại ở ở

800 ùc trong 24 giờ để hoạt hóa bề mặt vật liệu [6, 7] Cuối cùng mẫu được để nguội trong bình hút ẩm desicator trước khi bảo quản trong lọ PE sạch

Đặc tính của vật liệu nanosilica điều chế từ vỏ trấu được nghiên cứu bằng các phương pháp X RD , FT-IR và SEM

c) Biến tính vật liệu silica bàng polyme mang điện

Khi sử dụng vật liệu silica chưa biến tính thì khả năng hấp phụ không cao và chưa được ứng dụng nhiều trong công nghệ xử lý nước và nước thải Do đó cần nghiên cứu biến tính bề mặt vật liệu nanosilica bằng polym e mang điện dương PDADM AC

Cơ chế biến tính vật liệu silica bằng PDADM AC là nhờ lực hút tĩnh điện mà các phân

tử PĨ3ADMAC m ang điện dương bám lên bề mặt các hạt silica tích điện âm Phân tử polyme này đủ dài đê tạo thành cầu nối giữa các hạt silica lại với nhau, kết quả là tạo thành bề mặt hoạt h ó a mang đ i ệ n tích dương

Quy trình chuẩn bị biến tính vật liệu nanosilica như sau: Hút 1 ml dung dịch silica 100

m g /m L đồng nhất cho vào 1 ống falco n 15 m l, thêm vào đó 1 m l dung d ịch P D A D M A C 1 %

và lm l dung dịch muối KC1 với các nồng độ khác nhau, định m ức bàng nước cất 2 lần đến 10

ml, sau đó chỉnh pH bằng dung dịch KOH 0,1M và dung dịch HC1 0,1M Sau đó, đem lắc trên máy lắc trong vòng 3 giờ

4.2.V ật liệu AI2O3

Quá trình biến tính vật liệu bằng SDS được tiến hành như sau:

Vật liệu y- AI2O3 ban đầu (siêu tinh khiết, Riedel de Haen, Đức) được rửa bằng

nước deion 2 lần, sấy khô và được để trong lọ P.E sạch (Mo)

Sau đó lắc Mo với N aO H 0,2 M trong 2,0 giờ và rửa lại bằng nước deion 10 lần vàrửa gạn đến pH = 7,0

Sấy vật liệu trong tủ sấy trong 6 giờ ở 80°c đến khô Sau đó đem nung ở 600°c

trong 3,0 giờ Đe nguội và bảo quản trong lọ PE sạch (M i)

V ật liệu M i sau khi đã xử lý bề mặt được biến tính bằng SDS theo quy trình như sau:

Cân 5,0 g vật liệu Mi

Pha dung dịch SDS 0 ,0 IM thêm NaCl 0,1M bằng nước deion Chỉnh pH= 4,0 bằng

dung dịch N aO H 0,1M và HC1 0,1M

Lắc vật liệu M i với dung dịch SDS trong 3,0 giờ

Gạn bỏ dung dịch, rửa lại 1 lần bằng nước deion

4.3 V ật liệu đá ong

Khi sử dụng đá ong tự nhiên và biến tính nhiệt thì khả năng hấp phụ các ion là không cao Do đó cần thực hiện biến tính đá ong theo các phương pháp khác nhau

K hả năng hấp thu của vật liệu đá ong biến tính phụ thuộc chính vào 2 yếu

bề mặt vật liệu có vai trò như các trung tâm hấp phụ

Mặt khác, các phần từ không phân cực dễ dàng lưu giữ trên bề m ặt không phân cực và ìgược lại các phần tử phân cực sẽ lưu tốt trên bề mặt phân cực Với những phần tử mang tính ion :hì ứng với nó cần có bề m ặt mang tính ion, có thể lưu giữ theo kiểu trao đổi ion cũng có thể theo

đểu điện tích trái dấu.

+- Bước 1: Mầu đá ong lắc với nước cất trong vòng 6 tiếng ở pH = 4 Sau đó gạn ra sấy khô ở

+- Bước 2: Chuẩn bị 6 bình nón 250 ml sau khi đã được rửa sạch và sấy khô Cân mỗi bình lOg

đ á o n g

+ Bước 4: Đổ dung dịch N aC l vào bình nón, sau đó điều chỉnh pH = 5 tiến hành lắc trong 4 tiếng Mầu sau khi lắc tiến hành rửa bằng nước cất 3 lần , mỗi lần 30 p h ú t Cuối cùng tiến hành sấy trong 15 tiếng ở nhiệt độ 105°c , để nguội và nghiền ta thu được mẫu M I

M I là vật liệu đá ong được biến tính bằng nhiệt làm thay đổi bề mặt và bền vững cấu trúc giúp loại bỏ các tạp chất cũng như tăng khả năng hấp phụ

Các vật liệu biến tính có triển vọng tốt thành vật liệu hấp phụ vì đã mang được các nhóm chức hoạt tính trên bề mặt

6 Tài liệu tham khảo

[1] M K osm ulski, IEP as a param eter characterizing the pH -dependent suríầce charging of

m aterials other than m etal oxides, A dvances in Colloid and Interíace Science, 171-172 (2012) 77-86

[2] T.D Pham , T.N.M Pham, D evelopm ent o f chrom atographic charge density method to evaluate surface charging behavior o f metal oxide material, Y ietnam Journal o f Chemistry, 53 (2015) 177-180

[3] T.Đ Phạm, T.M V Ngô, L Phạm, T.H Trần, N ghiên cửu khả năng hấp phụ kim loại nặng của đá ong biến tính ứng dụng vào phân tích, Tạp chí Khoa học và công nghệ, 48 (2010) 153- 161

[4] T.Đ Phạm, T.M V Ngô, L Phạm, T.H Trần, Đ.B Chu, Các đặc trưng hóa lý của vật liệu hấp phụ đá ong biến tính có gia thêm đất hiếm, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 14 (2009) 117-121

[5] T.Đ Phạm, T.M V Ngô, L Phạm, T.H Trần, Đ.B Chu, Khảo sát dung lượng hấp phụ các ion kim loại nặng của vật liệu hấp phụ đá ong biến tính có gia thêm đất hiếm, Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, 14 (2009) 103-109

properties o f epoxy resin w ith rice husk-based nano-silica, Polym er Science, Series A 59 (2017) 437-444

[7] M Kobayashi, F Juillerat, p Galletto, p Bowen and M Borkovec, Aggregation and Charging o f Colloidal Silica Particles: Effect of Particle Size, Langm uir 21 (2005) 5761-5769

Start Date Start Time Elapsed Time Outgas Time Outgas Temperature

Summary

Suríace Area Report

BET Surface area 221.29 sq m/g

Correlation Coefficient 0.99986

■Total Pore Volume Report

(Ps/Po = 0.9814, Adsorption)

t-Plot Surface Area Report

t-Plot Surface Area 146 853 sq.m/g

Mỉcropore Surface Area 74.099 sq.m/g

Correlation Coefficient 0.99243

Surface Area Report

08/08/17 18:27:17

C O U L T E R

SA 3100

2 13

Summary

Suríace Area Report

BET Surface area 165.81 sq m/g

Correlation Coefficient 0.99992

Total Pore Volume Report

(Ps/Po = 0.9814, Adsorption)

t-Plot Suríace Area Report

t-piot Surface Area 185.567 sq.m/g

Micropore Surface Area 0.000 sq m/g

Correlation Coefficient 0.99997

Suríace Area Report

08/08/17 16:56:14

C O U L T E R SA 3100

Data Master V4.00 H Unit 1

Sample: Laterite @77.35K Operator: YAMAGUCHI

Submitter: KOBAYASHI LAB

started: 10/29/2016 9:05:36AM Completed: 10/29/2016

Sample Mass: 0.2032 g Cold Free Space: 95.5035 cm3

Low Pressure Dose: None Automatic Degas: No

Single point suríace area at P/Po = 0.200372202: 67.2305 m2/g

BET Surtace Area: 67.0300 m2/g

Langmuir Suríace Area: 67.7278 m2/g

solution using surfactant-modified alumina”, Environmental Chemỉstry

DOI: https://doi.org/10.1071/EN17102 (ISI, IF 3,516) số đặc biệt của hội thảo IAP 2016

4 Tien Duc Pham , Hoang Hiep Nguyên, Ngoe Viet Nguyen, Thanh Tu

Vu, Thi Ngoe Mai Pham, Thi Hai Yen Doan, Manh Ha Nguyen, Thi Mai Viet Ngo, “Adsorptive Removal of Copper by using Surfactant modified Laterite soil”, íournal of Chemistry (2017), 2017, Article ID 1986071, 10 pages D01:https://doi.org/10.1155/2017/1986071 (ISI, IF 1,300)

Bài báo trên các tạp chí khoa học của ĐHQGHN, tạp chí khoa học chuyên ngành quốc gia hoặc báo cáo khoa học đăng trong kỷ yếu hội nghị quốc tế

4 Pham Tien Duc, Do Thi Minh Hue, Pham Thi Ngoe Mai, Nguyen Van

Ri, “Adsorptive removal of heavy metal ion and antibiotic from aqueous

solution by using polycation modified silica”, Vỉetnam Journaỉ o f

Chemistry, Vol 54 (2016), No 6el, pp 293 - 297

5 Nguyễn Ngọc Việt, Nguyễn Mạnh Hà, Phạm Tiến Đức, “Hấp phụ và xử

lý Pb2+ trong nước sử dụng nhôm oxit biến tính bằng chất hoạt động bề mặt”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Tạp 32 (2016), Số 3, trang 268 - 272

6 Pham Tien Duc, Bui Ngoe Anh, Doan Thi Hai Yen, Do Thi Uyen (2017), “Removal of ammonium ion from aqueous solution using alumina modiíìeđ with anionic surfactant and polyanion”, The conference proceeding of the 5th analytica Vietnam conference 2017, pp.160 - 167.

U n i v e r s ỉ t a t de Lỉeida (Spain}„

4 th-7th S e p íe m b e r 2016

ygỊỊggl & O p p o rtu n itie s

U niversiíat de Lleỉda (Spain), 4th-7th S e p te m b e r 2016

ISBN 978-84-608-9990-7

ĩ-mail contact: tienduchphn(õ)amail.com

\le investigated the removal of antibiotics, oxytetracyline (OTC) and ammonium ion (N H /) in aqueous media by

sing suríactant modiíied alumina (SMA) Suríace modiíication of a-A!20 3 with anionic suríactant, sodium dodecyl j!fate (SDS) at high salt concentration induced a signiíicant increase of the removal efficiency of both OTC

nd ammonium ion due to the presence of bilayer formation and/or admicelles [1] The effective experimental )nditions such as contact time, adsorbent dose, pH and initial adsorbate concentrations on the adsorption of

TC and N H / onto SMA, of OTC and N H / were systematically studied The removal efficiencies of 91.4% and 5.2% were achieved at the optimum conditions for OTC and N H /, respectively.

ie adsorption characteristics of OTC and NH4+ onto SMAwere similar in some points At a íixed pH, the adsorption OTC and N H / onto SMAincreased with decreasing NaCI concentration because desorption of SDS on a-AI20 3 irtace was enhanced by increasing salt concentration (Figure 1) Experimental results o f adsorption isotherms OTC and NH4+ onto S M A at different ionic strength can be represented well by two-step adsorption model The ange in surtace charge and suríace modiíications of a-AI20 3 by adsorption of OTC and N H / were evaluated zeta potential measurements and Fourier transíorm inírared spectroscopy (FT-IR), respectively Adsorption Ịschanisms of OTC and NH4+ onto SMA were also discussed on the basis of adsorption isotherms, suríace

!3rge effect and suríace modiíication.

c ,a a (mmol/L)

pigure 1: A d s o rp tio n o f OTC a n d NH4’ o n to SM A a s a íu n ctio n o tN a C I c o n ce n tra tio n (pH 4)

ỉrences

T.D Pham.M Kobayashi, Y Adachi, Colloid Poỉym Sci, 293 (2015) 217.

iowledgement This research is funded by the Vietnam National University, Hanoi (VNU) under project number 16.12 T.D Pham thank Naíosted for suppórt to attend conterence of IAP 2016.

I

CSIRO PUBLISHING SPECIALISSUE

Environ Chem 2017, 14, 327- 337

A dsorptive rem oval o f am m on iu m ion from aq u eou s

solution using surfactant-m odified alumina

Ti en Duc Pham,A,D Thi Trang Do,A Van Lau Ha,A Thi Hai Yen Doan,A

Thi Anh Huong Nguỵen,A Thanh Duc M ai,s Motoyoshi Kobaỵashic

and Yasuhisa A d a ch ic

AFaculty of chem istry, VNU - University of Science, Vietnam National University,

Hanoi, 19 Le Thanh Tong, H oan Kiem, Hanoi 10000, Vietnam.

Centre for lĩnvironm ental Technology and Sustainable D evelopm ent (CETASD),

VNU - University of Science, Vietnam N ational University, Hanoi, 334 Nguyen Trai,

Thanh Xuan, Hanoi 10000, Vietnam.

Faculty o f Life and Environmenta! Sciences, University of Tsukuba,

Tennodai 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki 305-8572, Japan,

Corresponding aulhor Email: tienduchphn@ gm ail.com

Environmental context A m m onium ion, an inorganic po llu tan t in agricultural land, can induce eu tro p h ica-

tio n , im p actin g o n w a te r qu ality W e in v estig ate the a d so rp tio n of am m o n iu m ion on, su rfactan t-m o d ified

a lu m in a an d d e m o n s tra te highly e ííicien t rem oval of am m o n iu m ions by th e alu m in a from tw o ag ricu ltu ral

w a ter sam ples A d so rp tio n m ec h an ism s a re also p ro p o se d based o n ad so rp tio n isotherm s, su ría ce m o d iíicatio n

a n d the c h a n g e in su ría c e ch arg e.

A b stra ct The adsorptive rcmoval o f am m onium ions (NH4+) from aqueous solution using surfactant-m odifíed alum ina (SM A) was investigated T he optiraum N H 4+ adsorption rem oval conditions on SMA vvere system atically studied and found to be pH 4, contact tim c 180 m in, adsorbent dosage 30 m g m L -1 and ionic strength 1 mM NaCl The equilibrium conccntration o f N H 4+ w as m easured by capillary electrophoresis with capacitively coupled contactless conđuctivity dctection (CE-C 4 D) and spectrophotom etry Suríầce m ođiíication o f a-A l 2 0 3 with the anionic suríầctant sodium dodecyl sulfate (SD S) at high salt concentration inđuced a signiíĩcant increase o f removal efficiency The change in surface charge and surface m odification o f a-A l 20 3 by pre-adsorption o f SDS and subsequent adsorption o f N H 4+ were evaluated by zeta potential m easurem cnts and Fourier-ừansform infrared spcctroscopy Under optim um adsorption conditions, N1I4+ rcmoval from lwo agricultural w ater sam ples achieved very high removal effíciencies o f 99.5 and 96.5 % The adsorption

o f NH4+ onto SMA incrcases with decreasing NaCl concentration because desorption o f SDS from the (X-AI 2 O 3 surface is miním ised Experim ental results o f NH4+-S M A adsorption isotherm s at different ionic strengths can be represented well

by a tw o-step adsorption m odel Based on adsorption isotherm s, surface charge effect and surface m odification, we suggest that the adsorption m echanism o f NH4+ onto SM A w as mainly electrostatic attraction betw een cationic NH4+ and the negatively charged SM A surface.

Received 4 January 2017, accepteđ 27 M ay 2017, published O n lin e 22 June 2017

Introduction

The íncrease o f nitrogen contam ination in water results m ainly

from agricultural activitics, industrial effluent, or natural dis-

asters One o f the inorganic pollutants in aqueous solution is the

ammonium ion (NH4+), w hich can cause eutrophication and

impair sclf-purifícation o f th e \vater environm ent 1' 1 T hereíore,

many projects focus on the rem oval o f amm onium ions to

protect water resources and raaintain ecoloey.

Various treatm ent techniques have been used for N H 4+

removul from the aquatic environm ent, such as adsorption,

biological nitrification, air stripping and chemical precipitation,

and electrochem ical oxidation.[2_6] A m ong them , adsorption is one o f the m ost comm on technologies for removing amm onia Adsorptive removal o f am m onia is easily applied in the gas phase by using novel adsorbents, w hereas adsorption o f ararao- nium ions from aqueous solutions is still a challenge [7~ 101 In this case, novel solid adsorbents are needed 1' 1-191 Also, ađsoqstion can be applicable for developing countries by the use of inexpensive or m ođiíied adsorbents [20_321 To enhance the removal efficiency o f the NH4+ ion by m odified adsorbent suríaces, an understanding o f the adsorption characteristics of the NH4+ ion onto charged solid surfaces is needed Recently.