Chế tạo vật liệu tổ hợp graphen bùn đỏ tân rai bằng phương pháp điện hóa siêu âm ứng dụng xử lý xanh metylen trong môi trường nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM BÙI THANH GIANG CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP GRAPHEN – BÙN ĐỎ TÂN RAI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM ỨNG DỤNG XỬ LÝ XANH METYLEN TRONG MÔI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÙI THANH GIANG

CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP GRAPHEN – BÙN ĐỎ TÂN RAI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM ỨNG DỤNG XỬ

LÝ XANH METYLEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

BÙI THANH GIANG

CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỔ HỢP GRAPHEN – BÙN ĐỎ TÂN RAI BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM ỨNG DỤNG XỬ

LÝ XANH METYLEN TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: HÓA VÔ CƠ

Mã số: 8.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Quốc Toàn

THÁI NGUYÊN - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Chế tạo vật liệu tổ hợp graphen - bùn đỏ Tân Rai bằng phương pháp điện hóa siêu âm ứng dụng xử lý xanh metylen trong môi trường nước” là do chính bản thân tôi đã thực hiện Các kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 05 năm 2020

Tác giả đề tài

BÙI THANH GIANG

Xác nhận của ban chủ nhiệm khoa Hóa học

Xác nhận của người hướng dẫn

TS Trần Quốc Toàn

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS Trần QuốcToàn, người đã hướng dẫn tận tình chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiêncứu, thực hiện và hoàn thành luận văn này

Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo tại Khoa Hóa học, Trường Đại học

Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã trang bị những tri thức khoa học và tạo điều kiệnthuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập, nghiên cứu, để hoàn thành luận vănkhoa học

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Đặng Văn Thành và Ban giámhiệu Trường Đại học Y-Dược, Đại học Thái Nguyên đã cho phép em sử dụng cơ sởvật chất và trang thiết bị trong quá trình thực hiện các công việc thực nghiệm

Luận văn rất khó có thể hoàn thành nếu thiếu các phép đo hiện đại như XPS,HRTEM mà điều kiện trong nước còn thiếu Qua đây cho e gửi lời cảm ơn chân thànhnhất tới GS Jihperng (Jim) Leu, thạc sỹ Phùng Thị Oanh tại Đại học Giao thôngQuốc lập Đài Loan cho các phép đo quý giá trên

Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình, tất cảbạn bè thân thiết đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũngnhư trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do thời gian có hạn, khả năng nghiên cứu củabản thân còn hạn chế, nên kết quả nghiên cứu có thể còn nhiều thiếu sót Em rất mongnhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy giáo, cô giáo, các đồng nghiệp và những ngườiđang quan tâm đến vấn đề đã trình bày để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2020

Học viên

Bùi Thanh Giang

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Mục lục iv

Danh mục các từ viết tắt v

Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình viii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1.Thuốc nhuộm xanh metylen 3

1.1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm xanh metylen 3

1.1.2 Ứng dụng của xanh metylen 4

1.1.3 Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái 5

1.1.4 Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm trong nước thải 5

1.1.5 Tình hình xử lí xanh metylen ở Việt Nam và trên thế giới 7

1.2 Bùn đỏ 8

1.2.1 Nguồn gốc của bùn đỏ 8

1.2.2 Thành phần và đặc điểm của bùn đỏ 9

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu sử dụng bùn đỏ chế tạo vật liệu hấp phụ 10

1.3 Graphen 13

1.3.1 Đặc điểm của graphen 13

1.3.2 Một số kết quả nghiên cứu sử dụng graphen làm vật liệu hấp phụ 15

1.4 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ 17

1.4.1 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 17

1.4.2 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich 19

Chương 2 THỰC NGHIỆM 20

2.1 Dụng cụ, hóa chất 20

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị 20

2.1.2 Hóa chất 20

2.2 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu 20

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 20

2.2.2 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X 21

2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 22

2.2.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua 22

2.2.5 Phương pháp phổ tán xạ Raman 23

2.2.6 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - Vis 23

2.2.7 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng 25

2.2.8 Phương pháp hóa siêu âm 25

2.2.9 Phương pháp quang điện tử tia X 26

2.2.10 Phương pháp quang phổ hồng ngoại 26

2.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp graphen - bùn đỏ 26

2.4 Lập đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 27

2.5 Xác định điểm đẳng điện 28

2.6 Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của vật liệu 29

2.6.1 Ảnh hưởng của pH 29

2.6.2 Ảnh hưởng của thời gian 30

2.6.3 Ảnh hưởng của nồng độ xanh metylen ban đầu 30

2.6.4 Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ 31

2.7 Xây dựng các đẳng nhiệt hấp phụ 31

2.8 Thăm dò khả năng xử lí môi trường của vật liệu với mẫu nước thải dệt nhuộm 33 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊM CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Đặc điểm hình thái học bề mặt, cấu trúc của vật liệu hấp phụ 34

3.2 Xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ 43

3.3 Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ xanh metylen 44

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của pH 44

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian 46

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ 47

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ đầu xanh metylen 48

3.4 Khảo sát dung lượng hấp phụ xanh metylen 49

3.4.1 Theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 49

3.4.2 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich 50

3.5 So sánh khả năng hấp phụ xanh metylen của RMGC với RM và EEG 51

3.6 Xử lý mẫu nước thải chứa xanh metylen theo phương pháp động dùng hệ cột 53

KẾT LUẬN 55

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

2 BOD Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi sinh

hóa)

4 COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxi hóa học)

5 EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy

(Quang phổ tia X – quang phổ tán xạ năng lượng)

(Cơ quan bảo vệ môi trường)

7 FTIR Fourier transform infrared spectroscopy

(Phổ hồng ngoại biến đổi Fourie)

(Kính hiển vi điện tử quét)

16 TEM Transmission Electron Microscopy

(Kính hiển vi điện tử truyền qua)

17 UV - Vis Ultraviolet Visible Spectroscopy

(Quang phổ tử ngoại)

19 XRD X - ray Diffraction (Nhiễu xạ tia X)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ Bảo Lộc (phương pháp phổ huỳnh

quang tia X – XRF) [14] 9

Bảng 1.2 Thành phần bùn đỏ lấy từ nhà máy hóa chất Tân Bình tại thành phố Hồ Chí Minh [14] 9

Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại nhà máy Alumin Lâm Đồng [12].9 Bảng 1.4 Thành phần các dạng pha khoáng của bã thải bùn đỏ 10

Bảng 1.5 Thành phần hóa học chính của bùn đỏ hai nhà máy alumin Tân Rai và Nhân Cơ 10

Bảng 2.1 Kết quả đo độ hấp thụ quang xanh metylen với các nồng độ khác nhau 28

Bảng 3.1 Kết quả đo diện tích bề mặt riêng của vật liệu hấp phụ 39

Bảng 3.2 Kết quả xác định điểm đẳng điện của vật liệu hấp phụ 43

Bảng 3.3 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ xanh metylen của RMGC 44

Bảng 3.4 Ảnh hưởng của thời gian đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ MB của RMGC 46

Bảng 3.5 Ảnh hưởng của khối lượng RMGC đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ MB 47 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của nồng độ ban đầu đến dung lượng, hiệu suất hấp phụ MB 48

Bảng 3.7 Dung lượng hấp phụ cực đại qmax và hằng số Langmuir b 50

Bảng 3.8 Các hằng số của phương trình Freundlich 51

Bảng 3.9 Kết quả tính toán so sánh dung lượng hấp phụ cực đại qmax (mg/g) 52

Bảng 3.10 So sánh khả năng hấp phụ của RMGC với các chất hấp phụ khác 53

Bảng 3.11 Kết quả phân tích một số thành phần có trong nước thải dệt nhuộm trước và sau hấp phụ 53

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của metylen 3

Hình 1.2 Xanh metylen dạng (a) tinh thể, (b) bột 3

Hình 1.3 Công thức cấu tạo cation MB+ 4

Hình 1.4 Phổ UV - Vis của dung dịch xanh metylen 4

Hinh 1.5 Cấu trúc hóa học của một vài loại graphen 13

Hình 1.6 Các kiểu tương tác khác nhau khi tổ hợp graphen/oxit kim loại được sử dụng làm chất hấp phụ. 15

Hình 1.7 Đường hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 18

Hình 1.8 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb 18

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị chế tạo vật liệu 27

Hình 2.2 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen 28

Hình 3.1 Ảnh SEM của RM 34

Hình 3.2 Ảnh SEM của EEG 34

Hình 3.3 Ảnh SEM của RMGC 35

Hình 3.4 Ảnh TEM của EEG 35

Hình 3.5 Ảnh TEM của RMGC 36

Hình 3.6 Phổ EDX của RMGC 36

Hình 3.7 Giản đồ XRD của RM, EEG và RMGC 37

Hình 3.8 Phổ Raman của EEG và RMGC 38

Hình 3.9 Mô hình giải thích cơ chế hình thành vật liệu 39

Hình 3.10 Phổ FTIR của RMGC 40

Hình 3.11 Phổ XPS của RMGC 42

Hình 3.12 Đồ thị xác định điểm đẳng điện của RMGC 43

Hình 3.13 Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ MB 45

Hình 3.14 Mô hình giải thích cơ chế hấp phụ MB của RMGC 45

Hình 3.15 Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ MB 46

Hình 3.16 Ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất hấp phụ MB 47

Hình 3.17 Ảnh hưởng của nồng độ đầu đến hiệu suất hấp phụ MB 48

Hình 3.18 Đường đẳng nhiệt hấp phụ của RMGC đối với MB 49

Hình 3.19 Sự phụ thuộc của Ccb/q vào Ccb đối với MB 50

Hình 3.20 Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc logq vào logCcb 51

MỞ ĐẦU

Xanh metylen (Methylene Blue) là một phẩm nhuộm mang màu, khó phânhủy, có ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người, động vật và gây ô nhiêm đến môitrường Do đó việc xử lí hấp phụ xanh metylen ra khỏi nước trước khi thải ra ngoàimôi trường là rất cần thiết và thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa họctrong và ngoài nước Có nhiều phương pháp đã được sử dụng để xử lý xanh metylentrong nước thải ví dụ như: phương pháp keo tụ, trao đổi ion, điện phân, tách chiết,quang xúc tác, kết tủa hóa học và hấp phụ Trong các phương pháp đó, phương pháphấp phụ sử dụng vật liệu có nguồn gốc từ phụ phẩm công nông nghiệp được các nhàkhoa học quan tâm nghiên cứu bởi nguồn nguyên liệu sẵn có, giá thành rẻ, khả năngtái sử dụng cao, quy trình xử lí đơn giản Một trong những hướng đi ưu tiên gần đâyđược nhiều nhà khoa học quan tâm cả trong và ngoài nước là xử lý hấp phụ các ionkim loại nặng và thuốc nhuộm sử dụng các vật liệu dựa trên nền cacbon như cacbonnanotube (CNT), graphen hoặc than hoạt tính, đặc biệt là graphen hoặc tổ hợp củagraphen với các vật liệu oxit kim loại

Bùn đỏ (Red mud) có thành phần chính là các oxit Fe2O3, Al2O3, SiO2, TiO2.Đây là chất thải trong quá trình sản xuất nhôm từ quặng boxit theo công nghệ Bayer

Do tính kiềm cao và lượng bùn thải lớn, bùn đỏ là tác nhân gây ô nhiễm môi trườngnghiêm trọng nếu không được quản lý tốt Với quy hoạch phát triển boxit ở TâyNguyên, hai nhà máy alumin Nhân Cơ và Tân Rai thải ra lượng bùn đỏ khoảng 1,2 -1,3 triệu tấn/năm Bùn đỏ có pH cao (pH >12) nên gây ra nhiều nguy cơ đối với môitrường, ảnh hưởng xấu đến sinh vật và con người Do đó, tìm cách tái sử dụng bùn đỏlàm vật liệu ứng dụng trong cuộc sống là hướng nghiên cứu được đông đảo các nhàkhoa học quan tâm Một trong những hướng nghiên cứu đó là hoạt hóa bùn đỏ vớiaxit, nhiệt, hay hoạt hóa kết hợp với các vật liệu khác nhằm tạo ra vật liệu xử lí môitrường Các nghiên cứu gần đây cho thấy có thể tận dụng môi trường có pH cao củabùn đỏ để hoạt hóa bóc tách graphit từ dạng khối sang dạng lớp mỏng (graphen) vậtliệu hấp phụ xử lí môi trường Để tăng tốc độ quá trình bóc tách graphit thànhgraphen phương pháp điện hóa siêu âm thường được sử dụng bởi chúng thân thiện

với môi trường Xuất phát từ những lí do trên, tôi lựa chọn đề tài “Chế tạo vật liệu tổ

hợp graphen - bùn đỏ Tân Rai bằng phương pháp điện hóa siêu âm, ứng dụng xử lý xanh metylen trong môi trường nước”.

Mục tiêu của đề tài là:

- Nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu tổ hợp graphen - bùn đỏ bằng phươngpháp hóa điện hóa siêu âm

- Ứng dụng vật liệu chế tạo được xử lý xanh metylen trong nước bằng phươngpháp hấp phụ

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1.Thuốc nhuộm xanh metylen

1.1.1 Sơ lược về thuốc nhuộm xanh metylen

Xanh metylen (MB) là một hợp chất dị vòng, có các tên gọi khác như methyleneblue, tetramethylthionine chlorhydrate, methythioninium chloride, glutylene Công thứcphân tử của MB là C16H18N3SCl, trong đó có 3 vòng thơm chứa nhóm màu –C=C,

–C=N, –C=S và nhóm trợ màu N(CH3)2

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của metylen

Hình 1.2 Xanh metylen dạng (a) tinh thể, (b) bột

Tinh thể MB có màu xanh lá cây thẫm có ánh đồng đỏ MB có đặc điểm là khótan trong nước lạnh và rượu etylic, khi đun nóng thì tan dễ hơn Ở nhiệt độ phòng, nótồn tại dạng rắn có màu xanh đen, không mùi, khi được hòa tan vào nước tạo thànhdung dịch có màu xanh lam MB có phân tử khối 319,85g/mol, nhiệt độ nóng chảy từ

100 - 110oC, cường độ màu tỷ lệ với nồng độ của chất trong dung dịch [20]

MB là một chất màu thuộc họ thiozin, có khả năng phân li dưới dạng cation

MB+ là C16H18N3S+

Hình 1.3 Công thức cấu tạo cation MB +

MB bị khử hoặc oxi hóa và mỗi phân tử bị khử hoặc oxi hóa khoảng 100lần/giây

Quá trình đó làm tăng tiêu thụ oxi trong tế bào

Trên phổ UV - Vis có 3 vân hấp thụ cực đại ở các bước sóng tương ứng là24nm; 290nm và 664nm với tỷ lệ cường độ là 1:2,2:4,2 (hình 1.4) Vân hấp thụ tạibước sóng 245nm và 290nm đặc trưng cho vòng benzen trong phân tử MB Vân hấpthụ ở 664nm đặc trưng cho nhóm mang màu (đimetylamino) của phân tử MB [20]

Hình 1.4 Phổ UV - Vis của dung dịch xanh metylen

1.1.2 Ứng dụng của xanh metylen

Xanh metylen là chất được sử dụng phổ biến trong các ngành nhuộm vải, gỗ, da,sản xuất mực tin, Trong hóa học, MB được sử dụng như một chỉ số oxy hóa trong hóahọc phân tích, nó chỉ ra sự xuất hiện hay vắng mặt của oxi Trong sinh học, MB được sửdụng như một loại thuốc nhuộm hỗ trợ xác định vi khuẩn, dùng MB có thể ước tínhnhanh về tỷ lệ phần trăm các tế bào khả thi trong một mẫu nấm men MB được sử dụngrộng rãi trong cộng đồng y tế Nó được sử dụng như là một phương pháp điều trịmethemoglobinemia, một rối loạn trong đó mức độ methemoglobin (oxy hóa

hemoglobin) tăng cao hơn một phần trăm bình thường trong máu Trong nuôi trồngthủy sản để điều trị nhiễm nấm, an toàn đối với trứng nhiều loài cá người ta dùng MB[54], [67].

1.1.3 Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

MB hấp thu khá mạnh bởi những loại đất khác nhau Trong môi trường nước,

MB bị hấp thu vào vật chất lơ lửng, bùn đáy ao và không có khả năng bay hơi rangoài môi trường nước ở bề mặt nước Khi ước lượng chỉ số tích lũy sinh học, Cơquan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) cho rằng MB không có sự tích lũy sinh họctrong thủy sinh vật (giá trị BCF=1,5) Nếu thải MB vào trong không khí, MB sẽ tồntại cả dạng hơi và bụi lơ lửng Dạng hơi sẽ bị phân hủy do sự phản ứng quang phânvới các gốc oxy hóa [OH], thời gian bán hủy khoảng 2 giờ Đối với dạng hạt lơ lửng

có thể loại bỏ vật lý bởi quá trình phân hủy

1.1.4 Các phương pháp xử lý thuốc nhuộm trong nước thải

Nước thải ngành dệt nhuộm có đặc tính là chứa tổng hàm lượng chất rắn chấtrắn lơ lửng, độ màu, BOD và COD cao Để chọn được phương án xử lý nước thảithích hợp phải dựa trên nhiều yếu tố như lưu lượng nước thải, đặc tính nước thải, tiêuchuẩn thải, xử lý nước thải tập trung hay cục bộ [2]

- Sinh học: xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học

- Tách màng: thu hồi các loại hồ tổng hợp, khử mùi, tách những muối

vô cơ,…

* Phương pháp trung hòa

Phương pháp trung hòa: trộn nguồn thải mang tính axit với nguồn thải mangtính kiềm hoặc dùng các hóa chất như HCl, H2SO4, CO2, NaOH Kết hợp việc điềuchỉnh pH với việc thực hiện ở bể điều hòa hay bể thu gom

* Phương pháp keo tụ

Phương pháp keo tụ là phương pháp phổ biến được sử dụng để xử lý nước thảidệt nhuộm Người ta sử dụng các loại phèn sắt hoặc phèn nhôm và sữa vôi như sắt

sunfat, nhôm sunfat hoặc hỗn hợp của hai loại phèn này và canxi hidroxit để khử màu

và một phần hàm lượng COD Khi sử dụng sắt FeSO4 thì tại độ pH là 10 đạt kết quảtốt nhất, khi sử dụng Al2(SO4)3 thì pH là 5 - 6 Khi sử dụng keo tụ PAC sẽ có nhiều

ưu điểm hơn phèn nhôm: Hóa chất PAC keo tụ

* Phương pháp hấp phụ

Phương pháp hấp phụ dùng để xử lý những chất không phân hủy sinh họcđược và những chất hữu cơ khó hoặc không thể xử lý bởi phương pháp sinh học.Phương pháp này được sử dụng để khử màu của nước thải chứa thuốc nhuộm hòa tan

và thuốc nhuộm hoạt tính Quá trình này thực hiện trên cơ sở hấp phụ các chất tan lên

bề chất rắn (chất hấp phụ) Những chất hấp phụ thường được sử dụng là than hoạttính, đất sét, than nâu, magie, cacbon, zeolite trong đó chất hấp phụ có bề mặt riênglớn 400 - 1500m2/g là than hoạt tính

* Phương pháp oxy hóa

Khi khử màu của nước thải dệt nhuộm bằng phương pháp oxy hóa phải sửdụng chất oxy hóa mạnh Ozon là một chất oxy hóa đang được dùng phổ biến, nó cókhả năng khử màu rất tốt, đặc biệt là cho nước thải chứa thuốc nhuộm hoạt tính (0,5g

O3 khử được màu 1g thuốc nhuộm hoạt tính)

* Phương pháp màng lọc

Phương pháp màng được sử dụng xử lý nước thải ngành dệt nhuộm nhằm thu hồihóa chất để tái sử dụng như: thuốc nhuộm indigo, tinh bột, PVA, thuốc nhuộm, muối Sựchênh lệch áp suất giữa hai phía của màng là động lực của quá trình lọc màng

* Phương pháp xử lý nước thải sinh học

Nước thải dệt nhuộm chứa phần lớn là những chất có khả năng phân hủy sinhhọc Nước thải dệt nhuộm có thể chứa những chất có tính độc đối với vi sinh vật nhưformandehit, clo, kim loại nặng, chất khử vô cơ,… và nhiều chất khó phân hủy sinhhọc như hồ PVA, chất tẩy rửa, các loại dầu khoáng,… do vậy trước khi xử lý sinh họccần sử dụng phương pháp xử lý cục bộ để khử các chất gây độc và giảm tỷ lệ các chấtkhó phân hủy sinh học trong nước thải

Khi xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí cần kiểm tra tỷ lệchất dinh dưỡng cho quá trình phân hủy tỷ lệ BOD:N:P = 100:5:1 Những phươngpháp sinh học thông thường được dùng cho nước thải sinh hoạt là lọc sinh học, bùnhoạt tính, hồ oxy hóa hoặc kết hợp xử lý sinh học nhiều bậc [63]

1.1.5 Tình hình xử lí xanh metylen ở Việt Nam và trên thế giới

1.1.5.1 Ở Việt Nam

Tác giả Bùi Xuân Vững và Ngô Văn Thông đã nghiên cứu hấp phụ thuốc nhuộm

MB bằng vật liệu bã cà phê từ tính Vật liệu hấp phụ này nhận được từ việc cho bã càphê sau khi chiết bằng nước nóng tiếp xúc với dung dịch nano oxit sắt từ Fe3O4 Kết quảcho thấy tại giá trị pH là 8 ở nhiệt độ 250C với thời gian cân bằng hấp phụ khoảng

60 phút và dung lượng cực đại hấp phụ là 30,7mg.g-1 Quá trình hấp phụ tuân theo

mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir [23]

Tác giả Nguyễn Quốc Hòa và cộng sự đã nghiên cứu hấp phụ MB bằng sản phẩmthải từ ngành công nghiệp nhôm - bùn đỏ Bùn đỏ được sấy khô và rây thành hạt nhỏ đemrửa 2 lần với axit HCl (0,1mol/L) trong 4 giờ với tỉ lệ khối lượng bùn đỏ : thể tích dungdịch là 1 : 25 (g/mL) sau đó đem rửa với nước và sấy khô thu được vật liệu BĐA Kếtquả chỉ ra khả năng hấp phụ MB của BĐA tại giá trị pH=11 với giá trị dung lượng hấpphụ cực đại là 2,25mg/g và bùn đỏ được xử lý kết hợp bằng axit/nhiệt (BĐA700) tại giátrị pH=5, với giá trị dung lượng hấp phụ cực đại là 0,44mg/g và mô hình Freundlich mô

tả phù hợp quá trình hấp phụ MB trên bùn đỏ [4]

Tác giả Nguyễn Văn Hưng và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp phụ MB trongnước trên vật liệu SiO2 tinh thể nano cấu trúc xốp từ tro trấu Sự hấp phụ MB trên vậtliệu phù hợp với cả hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich và Langmuir với cáchằng số hấp phụ cân bằng tương ứng là 0,604 và 8,515 Vật liệu SiO2 có ái lực hấp phụvật lý mạnh đối với MB (qmax=20,41mg/g và hiệu suất hấp phụ lớn hơn 90%

ở nồng độ đầu của MB là 40mg/L) [6]

Tác giả Ngô Thị Mai Việt và cộng sự đã thực hiên nghiên cứu khả năng hấpphụ MB của quặng apatit Lào Cai Kết quả thu được là với thời gian đạt cân bằng hấpphụ là 120 phút, khoảng pH từ 8 đến 10 dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu là10,93mg/g Sự hấp phụ MB trên bề quặng apatit tuân theo mô hình đẳng nhiệtLangmuir [22]

Tác giả Bùi Văn Thắng và cộng sự đã xác định các đặc tính hấp phụ MB vàphotphat trong nước bằng vật liệu Fe/CTAB - Bentonit Kết quả cho thấy rằng thờigian đạt cân bằng hấp phụ được chọn lựa là 60 phút Quá trình hấp phụ MB của vậtliệu Fe/CTAB - Bentonit phù hợp theo cả hai mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Freundlich

và Langmuir cho thấy vật liệu điều chế có cả sự phân bố đồng đều và không đồng đều

các vị trí tâm hoạt động bề mặt Quá trình hấp phụ MB có dung lượng hấp phụ cựcđại là 31,153mg/g [17].

1.1.5.2 Trên thế giới

Vật liệu oxit montmorillonite/graphene được tác giả Yang Yang và cộng sự dùnghấp phụ MB trong môi trường nước Kết quả thu được là khả năng hấp phụ cao nhất641,1mg/g với nồng độ ban đầu là 750mg/L và MB đã được hấp phụ 94,3% trong vòng

5 phút Hiệu suất hấp phụ cao được tác giả giải thích là do vật liệu có diện tích bề mặtriêng cao, các nhóm oxy của GO và montmorillonite đều hấp phụ rất tốt [63]

Tác giả Zhongmin Wang và cộng sự đã dùng phương pháp liên kết ngangglutaraldehyd để chế tạo vật liệu tanmin oxit biến đổi graphene (PT - GO) ứng dụnghấp phụ MB trong dung dịch nước Kết quả thu được là với nồng độ dung dịch khảosát là 35mg/L tại 323K cho thấy rằng khả năng hấp phụ MB tối đa của vật liệu hấpphụ là 256,58mg/g Đường đẳng nhiệt cân bằng Freundlich và mô hình động học biểukiến bậc hai phù hợp với quá trình hấp phụ MB của vật liệu hấp phụ PT - GO Đánhgiá được khả năng tái sử dụng của vật liệu cho thấy kết quả khá tốt: sau năm chu kỳtái tạo PT - GO hiệu suất loại bỏ MB vẫn ở mức cao (88,3%) [61]

Tác giả Meili và cộng sự đã chế tạo vật liệu MgAl - LDH - biochar thành côngbằng phương pháp đồng kết tủa Mg : Al theo các tỉ lệ khác nhau Sử dụng vật liệu hấpphụ LDH - biochar ứng dụng loại bỏ MB trong môi trường nước cho kết quả pH tốt nhất

là 12 với hiệu suất loại bỏ > 95% với thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 20 phút Mô hìnhFredlich - Peterson và phương trình động học biểu kiến bậc 2 mô tả thích hợp nhất đốivới quá trình hấp phụ này Dung lượng hấp phụ cực đại là 406,47mg/g ở 400C, quá trìnhhấp phụ là hấp phụ vật lí (ΔH > 0) và xảy ra tự nhiên (ΔG < 0) [45].H > 0) và xảy ra tự nhiên (ΔH > 0) và xảy ra tự nhiên (ΔG < 0) [45].G < 0) [45]

1.2 Bùn đỏ

1.2.1 Nguồn gốc của bùn đỏ

Bùn đỏ là chất thải trong quá trình sản xuất nhôm oxit từ quặng boxit theocông nghệ Bayer - sáng chế của Karl Joseph Bayer năm 1888 Quá trình sản xuấtnhôm thực chất là quá trình làm giàu Al2O3 nhằm tách lượng Al2O3 trong boxit rakhỏi các hợp chất khác

Theo công nghệ Bayer, quặng tinh boxit thu được khi nghiền rửa boxit thô, đemnung quặng tinh với NaOH ở điều kiện nhiệt độ và áp suất phù hợp Dung dịch aluminat

sau đó được tách đem kết tủa tạo thành Al(OH)3, rửa và nung Al(OH)3 sẽ thu được

Al2O3 là bột màu trắng có hàm lượng Al2O3 chiếm tới 98,5% đến 99,5% Trong tiếntrình tinh chế nhôm ở trên, phần chất rắn không tan trong dung dịch kiềm được lắng,rửa và loại khỏi dây chuyền Chất thải đó được gọi là bùn đỏ [26]

Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố của bùn đỏ tại nhà máy Alumin Lâm Đồng [12]

Thành phần khoáng của bùn đỏ chủ yếu bao gồm Gibbsite, Boehmite,

Hematite, Sodalite, Kaolinite, Aluminous - goethite, [36]

Bảng 1.4 Thành phần các dạng pha khoáng của bã thải bùn đỏ

(3Na2O.3Al2O3.6SiO2.Na2SO4)

Silica, crystalline & amorphous 14808-60-7; 7631-6-9 5-20

Bảng 1.5 Thành phần hóa học chính của bùn đỏ hai nhà máy alumin

Tân Rai và Nhân Cơ

(Nguồn: Báo cáo tổng hợp đề tài khoa học QGTĐ 11 - 06) [10]

Hợp chất Nhà máy alumin Tân Rai Nhà máy alunin Nhân Cơ

Ở Việt Nam, dùng bùn đỏ để chế tạo các vật liệu hấp phụ các chất màu, Asen,Flo, Photpho, Sắt, Mangan được nhiều nhà khoa học đưa ra, tuy nhiên bùn đỏ cầnđược hoạt hóa và biến tính trước khi đem sử dụng.

Tác giả Vũ Đức Lợi và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu khả năng hấp phụ Chìtrong dung dịch từ bùn đỏ biến tính Bùn đỏ được hoạt hóa ở 800°C và axit HCl 1M,hiệu suất hấp phụ sau 75 phút đạt 96%, dung lượng hấp phụ cực đại 2,99mg/g (pH là 4,nồng độ Pb(II) ban đầu là 20mg/L, hàm lượng pha rắn là 0,4g/L) và quá trình hấp phụnày tuân theo mô mình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir là một quá trình đơn lớp với

hệ số R2=0,9973 [13]

Tác giả Phạm Thị Mai Hương và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu khả năng hấpphụ As(V) trong nước từ bởi bã bùn đỏ sau khi tách hoàn toàn nhôm và các chất tantrong kiềm Vật liệu thu được khi tiến hành dử dụng dung dịch NaOH 4M loại bỏ nhômoxit và một số oxit kim loại tan trong kiềm từ bùn đỏ được rửa đến pH=7, đem sấy ở

60°C trong 24 giờ (RM - Fe) Kết quả thu được chỉ ra rằng ở pH=5, thời gian cânbằng hấp phụ là 90 phút và dung lượng hấp phụ đối với As(V) của vật liệu được xácđịnh theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir đạt 7,57mg/g [8]

Tác giả Phạm Thị Thúy và cộng sự đã tiến nghiên cứu chế tạo vật liệu xử lí Asdạng viên trong môi trường nước từ phế thải bùn đỏ được thải ra bởi các nhà máy sảnxuất quặng boxit Bùn đỏ được phối trộn với các chất kết dính như laterit, silicagel vàtheo tỷ lệ 1:1:0,1 để tạo thành vật liệu dạng viên TC - 20 Kết quả nghiên cứu khảnăng hấp phụ của vật liệu TC - 20 cho thấy khoảng pH tối ưu là 3,5 - 7, thời gian đạtcân bằng hấp phụ ngay từ 10 phút đầu tiên Động học của quá trình hấp phụ của vậtliệu tuân theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir với dung lượng hấp phụ cực đại củavật liệu TC - 20 biến tính đạt 8,38mg/g [18]

Tác giả Nguyễn Trung Minh và cộng sự đã nghiên cứu vật liệu hấp phụ chếtạo từ bùn đỏ boxit Bảo Lộc và định hướng ứng dụng xử lí ô nhiễm nước thải Kếtquả nghiên cứu cho thấy dung lượng hấp phụ (mg/kg) và khả năng hấp phụ (%) cácion kim loại nặng (Cd2+, Cu2+, Pd2+, Zn2+) và As(III, V) phụ thuộc vào nhiệt độ nungcủa hạt vật liệu chế tạo từ bùn đỏ Bảo Lộc (BVNQ), khi nhiệt độ nung tăng thì khảnăng hấp phụ ion kim loại nặng và As đều giảm, cao nhất tại 400 - 500°C và khảnăng hấp phụ của BVNQ với các kim loại nặng và As tốt hơn hẳn so với than hoạttính được bán trên thị trường [14]

Tác giả Vũ Xuân Minh và cộng sự đã nghiên cứu về khả năng xử lý thuốc nhuộmcủa bùn đỏ trung hòa bằng thạch cao phế thải [15] Kết quả nghiên cứu cho thấy đối với

cả ba chất màu nghiên cứu, pH thích hợp nhất là 4, thời gian đạt cân bằng hấp phụ

120 phút Các nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình hấp phụ ba loại thuốc nhuộm đều tuântheo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Dung lượng hấp phụ cực đại tương ứngvới Red 3BF, Yellow 3GF, Blue MERF là 57,8; 96,6 và 98,23mg/g Kết quả phântích phổ hồng ngoại FT - IR chứng tỏ sự có mặt của các chất màu trên bề mặt bùn đỏ

- gypsum

Tác giả Nguyễn Ngọc Tuyền và Bùi Trung đã nghiên cứu khả năng hấp phụchất màu congo red (CR) của bùn đỏ hoạt hóa trong môi trường nước [21] Kết quảchỉ ra khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ (BĐHH) cao hơn nhiều so với bùn đỏthô Sự hấp phụ tốt ở pH < 5, thời gian đạt cân bằng hấp phụ là 30 phút, sự hấp phụ

CR tuân theo mô hình Langmuir, dung lượng hấp phụ cực đại là 112,4mg/g Kết quảnày có thể ứng dụng BĐHH để hấp phụ CR cũng như các chất nhuộm khác từ nướcthải công nghiệp

ở pH nhỏ hơn 7,0 Dung lượng hấp phụ tối đa là 178,4mg/g, mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir phù hợp với sự hấp phụ RB 19 Phương trình động học bậc 2 là thích hợp để mô tả cơ chế hấp phụ của RB 19, cho thấy rằng RM 500℃ có tiềm năng trong vấn đề xử lí nước thải trong công nghiệp.

Tác giả Mehdi Shirzad - Siboni cùng cộng sự tiến hành nghiên cứu khả nănghấp phụ thuốc nhuộm xanh 113 (AB113) và thuốc nhuộm hoạt tính màu đen 5 (RB5)trong dung dịch nước bởi bùn đỏ hoạt hóa trong những điều kiện khác nhau [55] Bùn

đỏ hoạt hóa có hiệu quả đối với AB113 hơn so với RB5 Được giải thích vì kích thướcphân tử của RB5 lớn hơn so với AB113 và các ảnh hưởng khác do bề mặt của bùn đỏhoạt hóa Dung lượng hấp phụ cực đại của AB113 và RB5 tương ứng là 83,33mg/g và

12

35,58mg/g, quá trình hấp phụ tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich vàphương trình động học biểu kiến bậc 2 tại pH=3.

Nhóm tác giả Manoj Kumar Sahu và Raj Kishore Patel nghiên cứu loại bỏ chấtmàu safranin - O trong môi trường nước bằng bùn đỏ hoạt hóa [53] Trong nghiêncứu này bề mặt bùn đỏ đã hoạt hóa bằng natri lauryl sulfat… Các kết quả chỉ ra sựhấp phụ safranin - O trên vật liệu hấp phụ tuân theo mô hình hấp phụ đẳng nhiệtLangmuir với dung lượng hấp phụ cực đại là 89,4mg/g ở 308K

Do vậy, việc sử dụng bùn đỏ với mục đích định hướng ứng dụng trong xử lýmôi trường là việc làm vô cùng cấp bách và cần thiết đang thu hút được sự chú ý,quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới nói chung và trong nước nói riêng

1.3 Graphen

1.3.1 Đặc điểm của graphen

Graphen là một lớp các nguyên tử cacbon được xắp xếp thành mạng lục giác

hai chiều (mạng hình tổ ong) Thông thường, graphen được chia làm 2 loại: graphen

đơn lớp và đa lớp .

Hình 1.5 Cấu trúc hóa học của một vài loại graphen

(a) Graphen đơn lớp, (b) Graphen đa lớp, (c) Graphen oxit - nguyên tử oxy kí hiệu bởi màu đỏ, (d) Graphen oxit bị khử [65]

Graphen đơn lớp là một dạng tinh thể hai chiều của cacbon, độ linh động electron

lớn và các tính chất vật lý tốt, khiến cho nó là vật liệu được quan tâm đối với lĩnh vựcđiện tử và quang điện tử cỡ nano Nhưng nó không có khe vùng (độ rộng vùng cấm bằng0), do đó dẫn đến hạn chế việc sử dụng graphen trong lĩnh vực điện tử

Graphen đa lớp gồm các lớp graphen xếp chồng lên nhau (lớn hơn 2 lớp,

thông thường 2 - 10 lớp graphen) Trong thực tế, đa số các ứng dụng đều sử dụng

graphen đa lớp do việc chế tạo đơn giản hơn và giá thành thấp hơn của nó so với việcchế tạo graphen đơn lớp

Ngoài 2 loại trên, các loại khác như graphen oxit - GO (thường có cấu trúc đơnlớp chứa các nhóm chức oxy trên bề mặt và có độ dẫn điện kém), graphen oxit bị khử(reduced graphen oxit - rGO, GO được loại bỏ các nhóm chức oxy), graphen dạng dảibăng - graphen ribbons, graphen dạng chấm lượng tử - graphen dots, được gọi chung

là họ vật liệu graphen

Vật liệu graphen đã được dùng làm chất hấp phụ với hiệu suất tương đối tốttrong quá trình loại bỏ các chất hữu cơ ô nhiễm như: thuốc nhuộm, thuốc kháng sinh,thuốc trừ sâu, nước nhiễm dầu, và nhiều chất hữu cơ tự nhiên [50], [64] Cơ chế quátrình hấp phụ của vật liệu hấp phụ và các chất hữu cơ phụ thuộc vào tính chất và cấutrúc của chúng (cấu tạo phân tử, momen lưỡng cực, sự xuất hiện của những nhómchức trên bề mặt) Do vậy khả năng và hiệu suất quá tình hấp phụ của các vật liệu sẽkhông giống nhau cho dù chúng đều được cấu tạo từ graphen Tương tự như vậy, sự

có mặt hay không có mặt của các nhóm chức như: –NH2, –OH, –COOH trong chất

hấp phụ cũng sẽ xác định cơ chế và hiệu quả hấp phụ [50] Để nâng cao hiệu quả hấpphụ và tránh kết tập trong nước, graphen được kết hợp với các hạt oxit kim loại khácnhau Các cơ chế quá trình hấp phụ của vật liệu cơ sở graphen chủ yếu đó là: lực húttĩnh điện, hiệu ứng kỵ nước, tương tác π-π, liên kết hiđro, liên kết cộng hóa trị [52],[64] Sơ đồ minh họa các tương tác khác nhau khi tổ hợp graphen/oxit kim loại được

sử dụng làm chất hấp phụ được biểu diễn ở hình 1.6

Hình 1.6 Các kiểu tương tác khác nhau khi tổ hợp graphen/oxit kim loại

số b=0,7115 [7]

Tác giả Hồ Thị Tuyết Trinh và cộng sự đã tổng hợp thành công vật liệu nano oxitsắt từ trên nền graphen (RGO/Fe3O4) Vật liệu được chế tạo từ graphit oxit được tổnghợp bằng phương pháp Hummers, hỗn hợp dung dịch muối Fe(II) và Fe(III) (0,0045 mol

Fe2+, 0,009 mol Fe3+), NH3, chitosan (nồng độ 6,66mg/mL), axit ascobic với các điềukiện nhiệt độ, thời gian khác nhau ở mỗi giai đoạn cụ thể Đường hấp phụ

đẳng nhiệt phù hợp với phương trình Langmuir, với qmax=38mg/g Khả năng tái sửdụng của vật liệu hấp phụ là khá tốt, hiệu quả loại bỏ RhB còn khoảng 88% sau bốnlần hấp phụ (so với lần hấp phụ đầu tiên) [19].

Tác giả Nguyễn Hữu Hiếu và cộng sự đã tiến hành tổng hợp Fe3O4/graphenoxit nanocompozit để xử lí nước thải nhiễm ion Pb2+ Graphen oxit (GO) được tổnghợp từ graphit bằng phương pháp Hummers cải biên và Fe3O4/GO được tổng hợptheo phương pháp phối trộn huyền phù Diện tích bề mặt riêng của Fe3O4/GO được

đo bằng phương pháp BET là 72,9m2/g Số liệu hấp phụ cân bằng của vật liệu tuântheo mô hình đẳng nhiệt Langmuir với khả năng hấp phụ tối đa là 54,64mg/g [3]

1.3.2.2 Trên thế giới

Guixia Zhao và cộng sự nghiên cứu trên vật liệu graphen mới được gọi là

“graphene sponges” (graphen dạng bọt biển) (GSS) để hấp phụ phẩm nhuộm cation (MB,Rhodamine B) và phẩm nhuộm anion metyl da cam (MO) trong nước [66] Sự hấp phụđược thực hiện ở nhiệt độ không đổi 298K và nồng độ ban đầu 2.10-4mol/L Sự tiếp xúcgiữa hai thuốc nhuộm cation và anion trong thời gian từ 4 - 24 giờ Kết quả cho thấy rằngdung lượng hấp phụ tối đa của MB, MO và Rhodamine B lần lượt là 184,0mg/g, 11,5mg/

g, 72,5mg/g Từ thí nghiệm cho thấy MB bị hấp phụ tốt nhất bởi thuốc nhuộm có tínhaxit (MO) có thể là do đặc điểm bề mặt của GSS và sự có mặt của các điện tích ion trênthuốc nhuộm Ngoài ra, nghiên cứu còn cho thấy rằng Rhodamine

B dễ dàng bị giải hấp phụ trong metanol hoặc etanol, từ đó cho thấy triển vọng trong việc dùng GSS để loại bỏ Rhodamine B trong nước

Tác giả Akbar Elsagh và các cộng sự đã dùng vật liệu ống cacbon nano đơn vách(SWCNTs), ống nano cacbon đơn vách hoạt hóa axit (SWCNT - COOH), graphen (G),graphen oxit (GO) hấp phụ thuốc nhuộm cation Basic Red 46 (BR 46) trong môi trườngnước [31] Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng khả năng hấp phụ BR 46 tăng khi tăngnồng độ đầu của thuốc nhuộm, thời gian và độ pH, phương trình động học bậc 2 là môhình phù hợp với G, GO và phương trình động học bậc 1 là mô hình phù hợp vớiSWCNTs, SWCNT - COOH Các kết quả thực nghiệm chỉ ra được SWCNTs, SWCNT -COOH, G, GO là những vật liệu hấp phụ tiềm năng cho việc loại bỏ BR 46

Tác giả Liu đã nghiên cứu hấp phụ MB theo phương pháp hấp phụ động trong môitrường nước của graphen [42] Thực nghiệm cho thấy sự hấp phụ MB trên graphen phụthuộc vào nồng độ ban đầu, nhiệt độ, thời gian Dung lượng hấp phụ cực đại của MB tăng từ153,85 - 204,08mg/g tương ứng với sự tăng nhiệt độ từ 293 - 333K trong đó hiệu suất

hấp phụ cao nhất (99,68%) đạt được tại pH=10 Kết quả thu được ở trạng thái cân bằngđược mô tả theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir tốt hơn so với Freundlich.Phương trình động học biểu kiến bậc hai là mô hình tốt nhất mô tả sự hấp phụ này.

Tác giả Kashif Gul cùng cộng sự tổng hợp và nghiên cứu khả năng hấp phụ củavật liệu nanocomposite graphene/Fe3O4 đối với phẩm nhộm nhuộm đỏ axit - 17 (AR -

17) và phẩm nhuộm remazol brilliant blue R (RBBR) trong nước [32] Ở đây, vật liệunanocomposite graphene/Fe3O4 được tổng hợp bằng phương pháp hóa học và nghiêncứu những yếu tố có ảnh hưởng đến sự hấp phụ AR - 17, RBBR của vật liệu theophương pháp hấp phụ tĩnh Thực nghiệm chỉ ra rằng vật liệu này có khả năng loại bỏ

cả hai thuốc nhuộm với nồng độ khá cao trong thời gian ngắn Trong đó quá trình hấpphụ được mô tả tốt nhất tuân theo mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich và phươngtrình động học biểu kiến bậc 2

Từ các kết quả trên cho thấy hướng sử dụng graphen và tổ hợp graphen/oxit kimloại làm vật liệu hấp phụ là vấn đề thu hút được rất nhiều các nhà khoa học tham gianghiên cứu Tuy nhiên, việc chế tạo vật liệu tổ hợp có sự kết hợp các ưu thế của graphen

và môi trường kiềm chứa các oxit của bùn đỏ để chế tạo vật liệu tổ hợp hấp phụ MBchưa có bất cứ nghiên cứu nào

1.4 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ

Để mô tả quá trình hấp phụ ta dựa vào đường đẳng nhiệt hấp phụ Đường đẳngnhiệt hấp phụ biểu diễn sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ tại một thời điểm vàonồng độ cân bằng của chất bị hấp phụ trong dung dịch tại thời điểm đó ở một nhiệt độxác định Đường đẳng nhiệt hấp phụ được thiết lập bằng cách cho một lượng xác địnhchất hấp phụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấpphụ vào một lượng cho trước dung dịch có nồng độ đã biết của chất bị hấp phụ

Chất hấp phụ là chất rắn, chất bị hấp phụ là chất lỏng thì đường đẳng nhiệt hấpphụ được mô tả qua các phương trình đẳng nhiệt: phương trình đẳng nhiệt hấp phụFreundlich, phương trình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir [1, 5]

1.4.1 Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir

Mô hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir mô tả quá trình hấp phụ một lớp đơnphân tử trên bề mặt vật rắn Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir được thiết lậptrên giả thiết:

- Tiểu phân bị hấp phụ liên kết với bề mặt tại những trung tâm xác định

- Mỗi trung tâm chỉ có một tiểu phân.

- Bề mặt chất hấp phụ là đồng nhất, nghĩa là năng lượng hấp phụ trên các tiểuphân là như nhau và không phụ thuộc vào sự có mặt của các tiểu phân hấp phụ trêncác trung tâm bên cạnh [1]

Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir có dạng:

q =  =bC cb (1.1)

Phương trình Langmuir chỉ ra hai tính chất đặc trưng của hệ:

- Trong vùng nồng độ nhỏ b.Ccb << 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ tuyến tính

-Trong vùng nồng độ lớn b.Ccb >> 1 thì q = qmax.b.Ccb mô tả vùng hấp phụ bão

hòa

Trong đó: q: dung lượng hấp phụ cân bằng (mg/g);

qmax: dung lượng hấp phụ cực đại (mg/g);

1.4.2 Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich

Mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Freundlich là mô hình thực nghiệm có thể sửdụng để mô tả nhiều hệ hấp phụ hóa học hay vật lý [1] Các giả thiết của phương trìnhnhư sau:

- Do tương tác đẩy giữa các phần tử, phần tử hấp phụ sau khi bị đẩy bởi phần

tử hấp phụ trước, do đó nhiệt hấp phụ giảm khi tăng nhiệt độ che phủ bề mặt

- Do bề mặt không đồng nhất, các phần tử hấp phụ trước chiếm các trung tâm

hấp phụ mạnh có nhiệt hấp phụ lớn hơn, về sau chỉ còn lại các trung tâm hấp phụ có nhiệt hấp phụ thấp hơn Phương trình này được biểu diễn bằng một hàm mũ:

q = k C cb1/n

(1.3)Phương trình tuyến tính thường được biểu diễn là:

log q = logKF + 1 logCcb (1.4)

Trong đó:

Ccb: nồng độ tại thời điểm cân bằng (mg/L);

q: dung lượng hấp phụ trên một đơn vị khối lượng vật liệu (mg/g);n: hằng số số mũ trong phương trình Freundlich;

KF: hằng số Freundlich

Mô hình Freundlich được lựa chọn để đánh giá cường độ hấp phụ của chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp thụ

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Dụng cụ, hóa chất

2.1.1 Dụng cụ, thiết bị

- Cân điện tử 4 số METTLER TOLEDO, Thụy Sĩ, có thể cân tối đa là 15g với độ

chính xác là 0,0001g

- Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV - Vis 02 chùm tia Model: UH5300, Hitachi

- Nhật Bản, đo với dải bước sóng từ 190 - 1100nm, tốc độ quét từ 10 -6000nm/giây, độ

chính xác của bước sóng là 0,3nm, độ nhiễu < 0,0001nm

- Máy lắc HY - 5A nhãn hiệu Trung Quốc Thiết bị có thể lắc với vận tốc từ 0

-299 (vòng/phút)

- Tủ sấy DZ - 2A II, Trung Quốc

- Máy lọc hút chân không Advancetee As 25, Nhật Bản

- Máy khuấy từ gia nhiệt PC - 420D, Mexico

- Máy ly tâm Thettech Rotofix 32A, Đức

- Nguồn điện 1 chiều HP 6296A, Mĩ

- Máy cất nước 2 lần

- Ngoài ra sử dụng các dụng cụ như: Cốc thủy tinh, bình tam giác, bình định mức, pipet, cuvet, quả bóp, panh gắp, con khuấy từ,…

2.1.2 Hóa chất

- Thanh graphit với độ tinh khiết 99,999%, Sigma - Aldrich CAS 7782-42-5

- NaOH, (NH4)2SO4, NaCl, HNO3, (Merck)

- Cồn tuyệt đối (độ tinh khiết >99,7% - Trung Quốc)

- Xanh metylen Poole England C.I.52015

- Nước cất hai lần

- Bùn đỏ Tân Rai (thành phần bảng 1.5)

2.2 Các phương pháp nghiên cứu vật liệu

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X

Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) là phương pháp dùng để phân tích pha: kiểu

và lượng pha có mặt trong mẫu, ô mạng cơ sở, cấu trúc tinh thể, kích thước hạt, Cơ sở củaphương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia X trên mạng lướitinh thể Khi bức xạ tia X tương tác với vật chất sẽ tạo hiệu ứng tán xạ đàn

hồi với các điện tử của các nguyên tử trong vật liệu có cấu trúc tinh thể, sẽ dẫn đến hiện tượng nhiễu xạ tia X [11].

Mối liên hệ giữa khoảng cách hai mặt nhiễu xạ (hkl), góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ ( ) với bước sóng (λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –

Bragg: 2d.sin = n.λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf – (1.1)

Trong đó: d: là khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể song song

 : là góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản

xạ λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –: là bước sóng của tia X

n : là bậc phản xạ ( n = 1, 2, 3, …)Kích thước hạt tinh thể có thể tính theo phương trình Scherrer như sau:

dnm = 0,9.λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –/[β1.Cosθ] (1.2)Trong đó: λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf – độ dài bước sóng của bức xạ

β1 là độ bán rộng vạch nhiễu xạ

θ là góc Bragg

Trong nghiên cứu này, sự thay đổi về cấu trúc được khảo sát trên máy nhiễu xạtia X D2 tại Khoa Khoa học và Kĩ thuật Vật liệu, Đại học Giao thông Quốc gia ĐàiLoan

2.2.2 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X

Phổ tán xạ sắc năng lượng tia X (thường được gọi là EDS, EDX hay XEDS) làmột kỹ thuật phân tích dùng để phân tích nguyên tố của mẫu rắn Nguyên tắc dựa trên

sự tương tác của nguồn tia X kích thích vào mẫu cần phân tích Mỗi nguyên tố hoáhọc có một cấu trúc nguyên tử xác định tạo ra các phổ tia X đặc trưng riêng biệt chonguyên tố đó Để kích thích bức xạ đặc trưng tia X từ mẫu, một dòng năng lượng caocủa các hạt tích điện như điện tử hay photon, hay chùm tia X được chiếu vào mẫu cầnphân tích Các nguyên tử trong mẫu này ở các trạng thái cơ bản (chưa bị kích thích),các điện tử ở các mức năng lượng riêng biệt xoay quanh hạt nhân Khi dòng tia tớikích thích các điện tử ở lớp bên trong, đánh bật nó ra khỏi vỏ điện tử tạo thành lỗtrống điện tử, một điện tử từ lớp bên ngoài có năng lượng cao hơn nhảy vào điền vào

lỗ trống đó Tần số (f) của tia X được xác định qua định luật Mosley như sau [11]

f=v=8h 3 e o ( )(Z-1) =(2.48*10 Hz)(Z-1)4 (1.3)

Trong đó: me là khối lượng của electron;

qe là điện tích của electron;

h là hằng số Planck

Trong nghiên cứu này, thành phần của mẫu được khảo sát đồng thời với quansát ảnh SEM tại Khoa Khoa học và Kĩ thuật Vật liệu, Đại học giao thông Quốc giaĐài Loan

2.2.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét

Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để xác định hình dạng vàcấu trúc bề mặt của vật liệu Nguyên tắc của phương pháp hiển vi điện tử quét là dùngchùm điện tử quét lên bề mặt mẫu vật và thu lại chùm tia phản xạ Qua việc xử lý chùmtia phản xạ này, có thể thu được những thông tin về hình ảnh bề mặt mẫu để tạo ảnh củamẫu nghiên cứu Chùm điện tử được tạo ra từ catot qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lênmẫu nghiên cứu Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp Mỗiđiện tử phát ra này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng,chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình Mỗiđiện tử phát ra này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng,chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình Mỗiđiểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình Độ sáng tối trên màn hình phụthuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc bề mặt của mẫunghiên cứu Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được bức ảnh ba chiều rõ nét

mà không làm phá mẫu và không đòi hỏi khâu chuẩn bị mẫu quá phức tạp [11]

Trong nghiên cứu này, ảnh SEM tại Khoa Khoa học và Kĩ thuật Vật liệu, Đạihọc giao thông Quốc gia Đài Loan

2.2.4 Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua

Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phương pháp quan trọng trongviệc xác định cấu trúc của vật liệu Nguyên tắc tạo ảnh của TEM gần giống với kính hiển

vi quang học, điểm khác biệt quan trọng là phương pháp này sử dụng sóng điện từ thaycho sóng ánh sáng và thấu kính từ thay cho thấu kính thủy tinh Phương pháp TEM sửdụng sóng điện từ được phát ra từ súng phóng điện tử (thường dùng sợi, wolfram…) Sau

đó, chùm điện tử được hội tụ, thu hẹp nhờ hệ thấu kính từ và được chiếu xuyên qua mẫuquan sát Ảnh sẽ được tạo bằng hệ vật kính phía sau vật hiện ra trên màn huỳnh quanghay trên phim ảnh, trên các máy ghi kĩ thuật số Tất cả các hệ

này được đặt trong buồng được hút chân không cao Phương pháp TEM có độ phângiải cao Do đó, phương pháp này cho biết nhiều chi tiết nano của mẫu nghiên cứu:hình dạng, kích thước hạt, biên giới hạt… [11].

Trong nghiên cứu này, mẫu được khảo sát sử dụng kính hiển vi điện tử quétJEOL JSM - 6500F hoạt động tại điện thế tại 15 kV tại Khoa Khoa học và Kĩ thuậtVật liệu, Đại học giao thông Quốc gia Đài Loan

2.2.5 Phương pháp phổ tán xạ Raman

Phổ tán xạ Raman cung cấp thông tin về mức năng lượng dao động củanguyên tử, phân tử hay mạng tinh thể Phổ tán xạ Raman và phổ hồng ngoại có khảnăng cung cấp thông tin về các tần số dao động theo cách tương tự nhau, nhưng mỗiphương pháp đều có những ưu , nhược điểm riêng: Nguyên tắc chọn lọc của phổ tán

xạ Raman và phổ hồng ngoại khác nhau đáng kể Do đó, một số dao động này chỉ làRaman thì một số khác chỉ là hồng ngoại, tức là một dao động có thể là Raman hayhồng ngoại Tuy nhiên, các dao động hoàn toàn đối xứng thì luôn luôn là Raman Dựavào phổ tán xạ Raman thu được ta có thông tin về mức năng lượng dao động củanguyên tử, phân tử hay mạng tinh thể Các mức năng lượng này là đặc trưng dùng đểphân biệt nguyên tử này với nguyên tử khác [11]

Trong nghiên cứu này phổ Raman được đo tại Khoa Khoa học và Kĩ thuật Vậtliệu, Đại học giao thông Quốc gia Đài Loan

2.2.6 Phương pháp phổ hấp thụ phân tử UV - Vis

Để xác định một cấu tử X nào đó, ta chuyển nó thành hợp chất có khả nănghấp thụ ánh sáng rồi đo sự hấp thụ ánh sáng của nó và suy ra hàm lượng chất cần xácđịnh

Cơ sở của phương pháp này là dựa vào định luật Lambert - Beer Phương trình:

A  lg I0  .l C (1.5)

I

Trong đó: A: độ hấp thụ ánh sáng (tỉ lệ thuận với nồng độ C);

I, I0: cường độ bức xạ điện từ trước và sau khi qua chất phân tích;

 : hệ số hấp thụ quang phân tử, nó phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ ánh sáng và bước sóng của ánh sáng tới ( = f (λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –) )

Trong đó: l: độ dày cuvet;

C: nồng độ chất phân tích

Như vậy, độ hấp thụ quang A là một hàm của các đại lượng: bước sóng, bề dày

dung dịch và nồng độ chất hấp thụ ánh sáng:

A = f (λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf –,l,C) (1.6)

Do đó nếu đo A tại một bước sóng λ) được biểu thị bằng hệ phương trình Vulf – nhất định với cuvet có bề dày l xác địnhthì đường biểu diễn A = f (C) phải có dạng y = ax là một đường thẳng Tuy nhiên, donhững yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch (bước sóng của ánhsáng tới, sự pha loãng dung dịch, nồng độ H+, sự có mặt của các ion lạ) nên đồ thịkhông có dạng đường thẳng với mọi giá trị của nồng độ Do vậy phương trình địnhluật Lambert - Beer có dạng:

A = k..l.(C x ) b (1.7)

Trong đó:

Cx: nồng độ chất phân tích;

k: hằng số thực nghiệm;

b: hằng số có giá trị 0 < b < 1 (b là một hệ số gắn liền với nồng độ Cx)

Đối với chất phân tích trong một dung môi xác định, trong một cuvet có bề dày

xác định thì  = const và l = const Đặt K = k .l Ta có:

A = K.Cx b (1.8)Phương trình này là cơ sở để định lượng các chất theo phép đo quang phổ hấpthụ phân tử UV - Vis Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến UV - Vis được

sử dụng rất thuận lợi và phổ biến để phân tích các chất [11]

Trong nghiên cứu này, xác định nồng độ metylen xanh trên máy UV–Vis 02chùm tia Model: UH5300, Hitachi - Nhật Bản, 2016 tại trường Đại học Y Dược – Đạihọc Thái Nguyên ở bước sóng  = 664nm, cuvet thủy tinh 1cm

 Phương pháp đường chuẩn

Cơ sở của phương pháp: Dựa trên sự phụ thuộc tuyến tính của độ hấp thụ quang A vào nồng độ của cấu tử cần xác định trong mẫu A = K.Cx b

.Cách tiến hành:

+ Pha chế một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ hấp thụ ánh sáng nằm trong vùng nồng độ tuyến tính (b = 1)

+ Đo độ hấp thụ quang A của các dung dịch chuẩn

+ Xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang A vào nồng

độ của cấu tử cần nghiên cứu (phụ thuộc tuyến tính) A = f (C) Đồ thị này được gọi làđường chuẩn Đường chuẩn có dạng là đường thẳng đi qua gốc tọa độ

+ Pha chế các dung dịch phân tích với điều kiện như xây dựng đường chuẩn vàđem đo độ hấp thụ quang A với điều kiện như xây dựng đường chuẩn (cùng dungdịch so sánh, cùng cuvet, cùng bước sóng) Dựa vào các giá trị độ hấp thụ quang Anày và đường chuẩn tìm được nồng độ Cx tương ứng [16].

Nồng độ MB trong nghiên cứu này được xác định bằng phương pháp UV -Vistrên máy Hitachi UH - 5300 tại bước sóng 526 nm tại Trường Đại học Y - Dược, Đạihọc Thái Nguyên

2.2.7 Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng

Hiện nay phương pháp BET được ứng dụng rất phổ biến để xác định bề mặt riêng của các chất hấp phụ rắn

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng phương trình BET ở dạng sau:

2.2.8 Phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm là phương pháp sử dụng sóng siêu âm (tần số từ 20kHzđến 100kHz) để hỗ trợ cho phản ứng hóa học Phương pháp này đã được ứng dụng nhiều

để tổng hợp các nano oxit kim loại, kim loại cũng như các vật liệu gốm [9] Khi tổng hợpvật liệu bằng phương pháp hóa siêu âm, năng lượng của sóng siêu âm sẽ ảnh hưởng lênphản ứng hóa học thông qua hiệu ứng “lỗ trống” Lỗ trống hình thành do sự lan truyềncủa sóng siêu âm Sóng lan truyền trong chất lỏng theo những chu kì nén và xả tạo nêncác lỗ trống hay các vi bọt trong nửa chu kì (giãn) và nổ ở nửa chu kì còn lại (nén) Các

vi bọt này tồn tại trong vài phần nghìn giây, nhiệt độ ở tâm bọt khoảng 5000K và áp suất

có thể lên đến vài nghìn at Bề mặt của graphit tiếp xúc với các vi

bọt khí ở vùng siêu tới hạn (vùng khí - lỏng) nên phản ứng xảy ra rất mãnh liệt.Phương pháp này khá tiện lợi, thân thiện với môi trường, các nguyên liệu sử dụngkhông cần qua xử lí nhiệt hay cần thêm các chất hoạt động bề mặt.

2.2.9 Phương pháp quang điện tử tia X

Quang phổ quang điện tử tia X (XPS ) là một kỹ thuật quang phổ định lượngnhạy cảm bề mặt, đo thành phần nguyên tố ở các phần nghìn, công thức thực nghiệm,trạng thái hóa học và trạng thái điện tử của các nguyên tố tồn tại trong vật liệu PhổXPS thu được bằng cách chiếu một vật liệu bằng chùm tia X đồng thời đo động năng

và số lượng electron thoát ra từ 0 đến 10nm của vật liệu được phân tích XPS yêu cầuđiều kiện chân không cao (P ~ 10 millibar) hoặc chân không cực cao (UHV; P <10millibar), mặc dù khu vực phát triển hiện tại là XPS áp suất xung quanh, trong đó cácmẫu được phân tích ở áp suất vài chục millibar

XPS có thể được sử dụng để phân tích hóa học bề mặt của vật liệu ở trạng tháitiếp nhận hoặc sau khi xử lý, ví dụ: bẻ gãy, cắt hoặc cạo trong không khí hoặc UHV

để phơi bày hóa học khối, khắc chùm tia ion để làm sạch một số hoặc tất cả sự nhiễmbẩn bề mặt (với sự khắc ion nhẹ) hoặc cố ý làm lộ ra các lớp sâu hơn của mẫu (với sựkhắc ion rộng hơn) trong XPS định hình sâu, tiếp xúc với nhiệt để nghiên cứu cácthay đổi do đun nóng, tiếp xúc với khí hoặc dung dịch phản ứng, tiếp xúc với cấychùm tia ion, tiếp xúc với tia cực tím

Trong nghiên cứu này, phổ XPS được đo tại Khoa Khoa học và Kĩ thuật Vậtliệu, Đại học giao thông Quốc gia Đài Loan

2.2.10 Phương pháp quang phổ hồng ngoại

Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FTIR) hoạt động dựa trên sự hấp thụ bức

xạ hồng ngoại của vật chất cần nghiên cứu Phương pháp này ghi nhận các dao độngđặc trưng của các liên kết hóa học giữa các nguyên tử Phương pháp này cho phépphân tích với hàm lượng chất mẫu rất thấp và có thể phân tích cấu trúc, định tính và

cả định lượng Có thể đạt dộ nhạy rất cao ngay cả khi mẫu chỉ có bề dày cỡ 50 nm…Phương pháp quang phổ cận hồng ngoại là kỹ thuật đặc biệt hữu ích để định tính cácchất hữu cơ Mặc dù các phổ chỉ giới hạn trong các cộng hưởng của C–H, N– H, O–H

và S–H, thường chúng cho các thông tin có giá trị

Trong nghiên cứu này, phổ FTIR được đo tại Khoa Hóa học, trường Đại học

Sư phạm Hà Nội

2.3 Chế tạo vật liệu tổ hợp graphen - bùn đỏ

Vật liệu tổ hợp graphen - bùn đỏ được chế tạo như sau: Cho 300mL bùn đỏ ướtvào cốc thủy tinh có dung tích 500mL, thêm vào cốc 100mL dung dịch (NH4)2SO4 để tạothành dung dịch điện li có pH=14 Graphen được chế tạo bởi quá trình bóc tách điện hóa

từ hai thanh điện cực graphit với độ tinh khiết cao Hai điện cực này được nối với dòngđiện một chiều bên ngoài, có điện áp hoạt động là 15V, nhiệt độ phản ứng được duy trì ở

50 - 70oC trong thời gian 120 phút Để tăng tốc độ bóc tách và hoạt hóa ta đặt bình phảnứng điện hóa trong bể siêu âm Nhiệt độ trong quá trình bóc tách điện cực được theo dõiqua cặp nhiệt độ Để bổ sung cho dung dịch bay hơi khi điện phân, một bình chứa dungdịch (NH4)2SO4 nồng độ 1% được cung cấp qua 1 buret với tốc độ 1mL/phút Kết thúcquá trình điện phân, dung dịch chứa vật liệu được làm nguội đến nhiệt độ phòng Sau đólọc và rửa vật liệu bằng nước cất đến môi trường trung tính, sấy khô vật liệu ở 150°Ckhoảng 24 giờ trong tủ sấy chân không Vật liệu thu được (kí hiệu là RMGC) được đemnghiền và bảo quản trong bình hút ẩm Graphen không có bùn đỏ (kí hiệu là EEG) cũngđược chế tạo để so sánh, dung dịch điện phân được sử dụng có pH=14 (được pha từ200mL NaOH 7,5% và 50mL (NH4)2SO4 5%) Bùn đỏ ướt được lọc sạch, sấy khô (kíhiệu là RM) dùng trong các nghiên cứu tiếp theo

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị chế tạo vật liệu

(1) Nguồn điện 1 chiều;(2) Chất điện ly;(3) Buồng điện hóa;

(4) Bể siêu âm; (5) Cặp nhiệt độ

2.4 Lập đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen

Nồng độ của xanh metylen được xác định bởi phương pháp phổ hấp thụ phân

tử UV - Vis Để tiến hành lập đường chuẩn xác định nồng độ của xanh metylen ta tiếnhành lần lượt theo các bước sau:

+ Bước 1: Chuẩn bị 25mL các dung dịch chuẩn xanh metylen có nồng độ 1; 3; 5; 7; 10mg/L.

+ Bước 2: Đo độ hấp thụ quang của dung dịch xanh metylen ở các giá trị nồng

độ dung dịch chuẩn khác nhau đã chuẩn bị tại bước sóng 664nm theo thứ tự: mẫutrắng, dung dịch có nồng độ thấp đến dung dịch có nồng độ cao

Kết quả xây dựng đường chuẩn biểu diễn sự phụ thuộc giữa độ hấp thụ quang

và nồng độ xanh metylen, được chỉ ra ở bảng 2.1 và hình 2.2

Bảng 2.1 Kết quả đo độ hấp thụ quang xanh metylen

1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0

C (mg/L)

Hình 2.2 Đồ thị đường chuẩn xác định nồng độ xanh metylen

thể sử dụng mô hình này để hấp phụ MB

2.5 Xác định điểm đẳng điện