BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VI N HÀN LÂM KHOA H C...

Hà Nội – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

PHẠM VĂN THỊNH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỪ TÍNH TRÊN NỀN

GRAPHIT VIỆT NAM ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI

TRƯỜNG Ô NHIỄM MÀU HỮU CƠ (CONGO RED)

Chuyên ngành: Vật Liệu Cao Phân Tử Và Tổ Hợp

Mã số: 62440125

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ

VÀ TỔ HỢP

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ -

Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Bạch Long Giang

Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Lê Thị Hồng Nhan

Phản biện 1: …

Phản biện 2: …

Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học

viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt

Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường như ô nhiễm chất màu dệt,

nhuộm đang trở thành vấn đề cấp thiết ở Việt Nam cũng như trên thế giới.

Nó gây ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, sức khỏe và sinh hoạt của người

dân.

Các phương pháp xử lý ô nhiễm chất màu rất đa dạng. Tuy nhiên,

chúng còn tồn tại những mặt hạn chế nhất định như hiệu quả thấp, vận

hành phức tạp, tạo ra các sản phẩm phụ không thân thiện với môi trường

đã hạn chế tiềm năng của chúng.

Nhờ vào các đặc tính rất tốt của vật liệu từ tính, luận án có định hướng

sử dụng loại vật liệu lai này cho các quá trình xử lý môi trường nhiễm chất

màu hữu cơ độc hại. Nghiên cứu tập trung tổng hợp vật liệu từ tính

(EG@MFe2O4) của các kim loại Ni, Co và Mn để tăng cường khả năng

hấp phụ với Graphite tróc nở. Vật liệu EG@MFe2O4 được sử dụng để hấp

phụ ô nhiễm thuốc nhuộm (CR). Trong đó, kết quả nghiên cứu tập trung

đánh giá và phân tích tối ưu các thông số hấp phụ, động học, nhiệt động

học, đẳng nhiệt hấp phụ, cơ chế hấp phụ và khả năng tái chế vật liệu.

2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo vật liệu graphit mang từ

tính từ nguồn graphit dạng vảy của Việt Nam làm vật liệu ứng dụng trong

xử lý môi trường bị ô nhiễm chất màu hữu cơ.

3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án

- Nghiên cứu và tổng hợp được vật liệu graphit tróc nở (EG) từ nguồn

graphit khu vực tỉnh Yên Bái, Việt Nam bằng phương pháp hóa học dưới

sự hỗ trợ vi sóng.

- Nghiên cứu được quy trình tổng hợp mang từ tính EG-MFe2O4 (M=Co,

Ni, Mn) từ nguồn vật liệu graphit bằng phương pháp tự bắt cháy sol-gel.

- Phân tích và xác định được một số tính chất đặc trưng, cấu trúc, hình

thái và tính từ tính của vật liệu EG và EG- MFe2O4 bằng các phương pháp

phân tích công cụ hiện đại như: phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ năng

2

lượng tia X (EDS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích phổ hồng

ngoại (FTIR), phân tích từ kế mẫu rung (VSM), đường cong hấp phụ/giải

hấp N2 (BET, pore), XPS.

- Nghiên cứu và đánh giá khả năng hấp phụ màu congo red của các vật

liệu EG- MFe2O4; nghiên cứu động học, nhiệt học, đẳng nhiệt hấp phụ, cơ

chế hấp phụ và ứng dụng phương pháp đáp ứng bề mặt RSM để tối ưu hóa

điều kiện hấp phụ màu của vật liệu.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1. Nguồn nguyên vật liệu Graphit

Graphit hay còn gọi là than chì, một trong ba dạng thù hình của

cacbon, tồn tại trong thiên nhiên (kim cương, than vô định hình và

graphit). Graphit là chất kết tinh trong hệ lục phương. Trong mạng tinh

thể, một nguyên tử cacbon (C) liên kết với 4 nguyên tử C phụ cận khoảng

cách với 3 nguyên tử C khác bằng nhau (khoảng 1,42 Å), và khoảng cách

với nguyên tử thứ 4 là 3,35 Å. Hiện nay, trữ lượng quặng graphit trên toàn

thế giới chưa được thống kê một cách cụ thể, tuy nhiên ước tính khoảng

390 ngàn tấn. Tại Việt Nam, theo các báo cáo thăm do địa chất, graphit có

ở Lào Cai, Yên Bái và Quảng Ngãi với tổng tài nguyên và trữ lượng đạt 29

ngàn tấn.

1.2.4. Tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu graphit tróc nở (EG)

Chế tạo vật liệu EG thường được thực hiện bằng cách gia nhiệt

nhanh hợp chất xen chèn được thể tiến hành bằng các hệ thống gia nhiệt

khác nhau gồm có plasma kết nối cảm ứng, chiếu xạ laser và gia nhiệt lửa.

Năm 1983, Inagaki và Muranmatsu đã đưa ra phương pháp chế tạo EG

không sử dụng các axit mà sử dụng và phân hủy các hợp chất bậc ba kali-

graphit-tetrahydrofuran và đã khảo sát một số ứng dụng dựa trên vật liệu

mới này. Năm 1985, tác giả S.A. Alfer và các cộng sự đã khảo sát tính chất

hóa lý ở nhiệt độ cao của sản phẩm oxy hóa anot graphit trong H2SO4 đặc

để làm nguyên liệu sản xuất một dạng graphit mới – graphit tróc nở nhiệt

(TEG) và những sản phẩm chế tạo từ TEG đã được sử dụng rộng rãi.

3

Năm 1991, Y.Kuga và các đồng nghiệp đã nghiên cứu một phương

pháp nghiền các hợp chất graphit xen chèn kali K-GIC và graphit tróc nở

K-EG trong chân không. Năm 1991, Yoshida và các cộng sự cũng đã

nghiên cứu thành công trong việc chế tạo các hợp chất xen chèn khác nhau

như xen chèn với H2SO4, FeCl3, Na-tetrhydrofuran (THF), K-THF và Co-

THF. Sau đó, các hợp chất xen chèn được gia nhiệt nhanh đến 10000C để

tróc nở graphit.

Tóm lại, qua những phân tích kết quả nghiên cứu của các tác giả đi

trước luận án sẽ chọn phương pháp tổng hợp vật liệu EG bằng phương

pháp hóa học với tác nhân xen chèn là H2SO4 và H2O2 dưới sự hỗ trợ của

lò vi sóng dân dụng nhằm phối hợp được các tiêu chí tốt như phương pháp

đơn giản, chi phí thấp và cho hiệu quả hấp phụ cao, đồng thời dưới sự hỗ

trợ vi sóng nhằm rút ngắn thời gian tổng hợp cũng như nâng cao hiệu quả

tróc nở của graphit.

1.3. Vật liệu từ tính

1.3.1. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4

Coban ferit, niken ferit và mangan ferit là các ferit spinel rất quan

trọng trong kỹ thuật. Về mặt cấu trúc, tinh thể coban ferit và niken ferit

đặc trưng của nhóm các ferit spinen, cấu trúc lập phương tâm mặt. Chúng

là các spinen đảo, vì cấu hình electron của ion Ni2+ là 3d8, của ion Co2+ là

3d7 nên số phối trí thuận lợi là 6 nên các ion Ni2+ và Co2+ nằm trong các

hốc bát diện còn ion Fe3+ phân bố vào cả hốc bát diện và hốc tứ diện.

Có hai hướng tiếp cận để tổng hợp vật liệu Ferit spinen: hướng tiếp

cận từ trên xuống và từ dưới lên. Hướng tiếp cận từ trên xuống sử dụng

các phương pháp vật lí, con hướng tiếp cận từ dưới lên thường được thực

hiện bằng con đường hoá học. Các phương pháp tổng hợp bằng dung dịch

keo hóa học có thể điều khiển được kích thước hạt, các hạt nano thu được

có kích thước đồng đều, hình dạng phong phú. Các phương pháp hóa học

tiêu biểu thường được sử dụng bao gồm: kết tủa, khử, cháy nổ, phun nóng

phân hủy nhiệt, mixen (đảo), quá trình sol - gel, keo tụ trực tiếp trong dung

môi sôi cao, thủy nhiệt. Việc phân chia thành các phương pháp như trên

dựa vào cơ chế và điều kiện tiến hành phản ứng hình thành vi hạt bao gồm

4

giai đoạn gây mầm và tăng trưởng kích thước. Hiện nay, nhờ các phương

pháp hóa học ta có thể tạo ra các vật liệu đồng nhất, có kích thước và hình

dạng đa dạng.

Qua những phân tích, so sánh ưu, nhược điểm của các phương pháp

tổng hợp như trên cho thấy phương pháp tự bốc cháy sol-gel là phương

pháp hữu hiệu để tạo ra nhiều loại bột nano với cấu trúc và thành phần như

mong muốn, phương pháp đơn giản, chi phí thấp và cho hiệu quả cao. Đây

cũng chính là cơ sở để luận án lựa chọn phương pháp tổng hợp vật liệu từ

tính trên nền EG.

CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Nguyên vật liệu, hóa chất, thiết bị thí nghiệm và phân tích

2.1.1. Nguyên vật liệu, hóa chất

Graphit được cung cấp từ Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàm lâm

Khoa học Công nghệ Việt Nam, Các hóa chất được cung cấp từ các hãng

Chemsol, Xilong, Guangzhou với chất lượng cao và phù hợp mục đích sử

dụng cho tổng hợp hóa học và phân tích

2.1.2. Thiết bị phân tích

Cấu trúc và tính chất của EG va EG@MFe2O4 được thực hiện trên

các thiết bị phòng thí nghiệm như sau: Phân tích cấu trúc bề mặt và hình

dạng của vật liệu bằng phương pháp kính hiển vi quét điện tử (Scanning

Electron Microscope, SEM) độ phóng đại 7000, sử dụng nguồn điện áp

tăng tốc (15 kV). Phân tích cấu trúc, đặc trưng nhóm không gian của vật

liệu bằng phổ nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction, XRD). với điện áp gia tốc

40 KV, cường độ dòng 40 mA, bức xạ Cu–Kα (dùng tấm lọc Ni), tốc độ

quét 0.03o2θ/0.2s. Phân tích diện tích bề mặt riêng (BET) và phân bố lỗ

xốp của vật liệu bằng phương pháp hấp phụ BET theo N2 ở 77 K. Phân

tích thành phần các nguyên tố có mặt trong vật liệu bằng phương pháp

EDX (Energy diffraction spectroscopy) hay EDS. Điện áp: 15,0 kV, tốc độ

đếm: 1263 cps, phạm vi năng lượng: 0 - 20 kEv. Phân tích từ tính của vật

5

liệu EG@MFe2O4 thông qua máy từ kế mẫu rung GMW Magnet systems

electromagnet, bằng phép đo đường cong từ hóa trên hệ PPMS 6000 với

bước đo từ rất nhỏ (0,2 Oe) trong vùng từ trường cực đại là 300 Oe. Phân

tích các nhóm chức, định danh các hợp chất hữu cơ và nghiên cứu cấu trúc

bằng phương pháp FT-IR. Phân tích thành phần cơ bản, trạng thái hóa học,

trang thái điện tử của các nguyên tố trên bề mặt của vật liệu EG@MFe2O4

bằng phương pháp XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) trên máy

Kratos AXIS Supra (Kratos – Shimadzu) Model: AXIS Supra sử dụng bức

xạ Mg Kα.

2.2. Tổng hợp vật liệu EG và EG@MFe2O4

2.2.1. Tổng hợp vật liệu EG

Quy trình tổng hợp tổng hợp vật liệu EG như sau. Cân 1 g graphit

cho vào cốc thủy tinh 250 mL, hút thể tích xác định H2O2 và H2SO4 với tỉ

lệ thể tích H2O2/H2SO4 khảo sát là (1,0/20; 1,2/20; 1,4/20; 1,6/20; 1,8/20

và 2,0/20), thời gian xen chèn khào sát từ 70 đến 120 phút ở nhiệt độ

phòng. Sau khi thu được sản phẩm dạng bùn, hỗn hợp được rửa sạch bằng

nước cất đến pH khảo sát (từ 1 đến 6), hút khô nước, đem đi sấy ở nhiệt độ

80 oC trong thời gian 24 giờ. EG thu nhận được bằng cách cho giãn nở

nhiệt trong lò vi sóng ở công suất khảo sát (từ 180 đến 900 W) trong

khoảng thời gian khảo sát từ 10 đến 60 giây. Sau đó EG được đem đo bằng

ống đong thể tích chia độ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự troc nở Graphit được khảo sát gồm:

Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích H2O2/H2SO4, ảnh hưởng của thời

gian xen chèn, ảnh hưởng của pH, ảnh hưởng của công suất lò vi sóng, ảnh

hưởng của thời gian nung trong lò vi sóng.

2.2.2. Tổng hợp vật liệu EG@MFe2O4

Cân M(NO3)2.6H2O và Fe(NO3)3.9H2O theo tỉ lệ mol 1:2 (với M=Co,

Ni, Mn) cho vào becher 250 mL chứa 150 mL H2O trộn đều bằng đũa thủy

tinh. Hỗn hợp được khuấy trên bếp từ đến nhiệt độ là 90 0C thì cho axit

citric với vai trò làm tác chất tạo phức (số mol axit/số mol Fe3+/M là 3:2:1)

6

với tốc độ cho vào là 1 giọt/giây. Duy trì nhiệt độ ở 90 0C, khuấy trong 1

h. Sau đó điều chỉnh pH bằng dung dịch NH4OH.H2O sao cho pH8-9. Sau

30 phút, điều chỉnh pH lần hai đến khi thấy váng xuất hiện trên bề mặt

trong bình phản ứng, cân khối lượng EG (tỉ lệ khối lượng EG/MFe2O4 là

3:1) thêm vào từ từ và đảo trộn nhẹ tới khi EG không con đẩy lên trên bề

mặt trong 10 phút. Cuối cùng gel được sấy ở 80 0C trong 20 h để khô hoàn

toàn. Sau đó, tiến hành nung mẫu trong lò nung Muffle ở nhiệt độ 600 oC

trong khoảng thời gian 1 giờ, tốc độ gia nhiệt 10 0C/phút.

2.3. Đánh giá các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4

2.3.1. Phương pháp đo thể tích riêng của vật liệu EG

Cân 0,2 g EG vào ống đong 50 mL (đường kính 20 mm) lắc nhẹ cho

vật liệu phân bố đều trong ống đong, ghi lại thể tích (VEG) vật liệu trong

ống đong. Hệ số giãn nở (Kv), được tính theo công thức sau:

Kv = Vt/V0

Trong đó: Vt là thể tích riêng của vật liệu ở nhiệt độ sốc nhiệt T (cm3/g);

Vo là thể tích riêng ban đầu của vật liệu (1,6 cm3/g).

2.3.2. Xác định các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và EG@MFe2O4

Cấu trúc và tính chất của EG va EG@MFe2O4 được thực hiện trên

các thiết bị phòng thí nghiệm như SEM, XRD, BET, XPS, EDX, VSM.

2.4. Đánh giá khả năng hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4

- Nghiên cứu sẽ tiến hành các thí nghiệm: Khảo sát ảnh hưởng của thời

gian và nồng độ, khảo sát ảnh hưởng của pH dung dịch.

- Tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật liệu EG và

EG@MFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt

- Khảo sát Động học, nhiệt học, đẳng nhiệt hấp phụ, khả năng tái sử

dụng vật liệu, Đề suất cơ chế hấp phụ

7

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu EG dưới sự hỗ trợ của vi sóng

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ xen chèn thể tích

H2O2/H2SO4 đến sự giãn nở của vật liệu EG: Thể tích xen chèn cực đại

quan sát được khi tỉ lệ thể tích H2O2/H2SO4 là 1,4/20; thể tích giãn nở

tương ứng đạt 131,7 mL/g tương ứng với hệ số giãn nở Kv = 82,3.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian xen chèn đến sự

giãn nở của vật liệu EG: Khả năng tróc nở của vật liệu graphit thời gian

xen chèn H2O2/H2SO4 là 100 phút thì thể tích giãn nở của graphit là lớn

nhất, trung bình sau 3 lần thí nghiệm Kv = 105,2 và giảm dần khi tăng thời

gian xen chèn lên 110, 120 phút.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến sự giãn nở của vật

liệu EG: Mẫu graphit ở pH3 thì khả năng giãn nở là cao nhất với thể tích

VEG = 191,7 mL/g và hệ số Kv = 119,8. Khi rửa hỗn hợp vật liệu đến giá trị

pH >3 thì thể tích EG thu được có xu hướng giảm dần trung bình VEG =

151,7 mL/g, với hệ số Kv = 94,8 (ở pH6).

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của công suất lo vi sóng đến sự

giãn nở của vật liệu EG: Hệ số giãn nở thể tích tăng khá đều và đạt cực đại

ở 720 W. Với VEG là 196,7 ứng với Kv đạt 122,9. Khi nâng công suất lo

lên 900 W thì hệ số giãn nở thể tích giảm, Kv = 103,1.

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến sự

giãn nở của vật liệu EG: Với thời gian lo vi sóng là 30 giây thì thể tích tróc

nở của graphit là lớn nhất. Trung bình sau 3 lần thí nghiệm Kv = 102,1 và

giảm dần khi tăng thời gian lo vi sóng lên 50, 60 giây, tương ứng với hệ số

giãn nở của vật liệu Kv = 67,7 và 60,4.

3.2. Kết quả phân tích các tính chất đặc trưng của vật liệu EG và vật

liệu EG@MFe2O4 (M=Co, Mn, Ni)

3.2.1. Kết quả phân tích SEM

8

3.2.1.1. Kết quả phân tích SEM của vật liệu EG

Kết quả phân tích SEM cho thấy graphit sau khi giãn nở có nhiều lỗ

xốp lớn bên trong, có dạng hình sâu với nhiều nếp gấp, xoắn rõ nét và thể

tích giãn nở tăng đáng kể, với nhiều nếp nhăn (hình 3.6).

Hình 3.6. Kết quả phân tích SEM của vật liệu EG

3.2.1. Phân tích cấu trúc bề mặt SEM của vật liệu EG@MFe2O4

Hình 3.1. Kết quả phân tích SEM của (a) tiền chất NiFe2O4 (b), (c), (d) vật liệu

EG@NiFe2O4

Vật liệu EG@MFe2O4 (graphit có từ tính) được phân tích hình thái

bề mặt thông qua ảnh SEM cho thấy ảnh SEM của EG@MFe2O4, cấu trúc

lỗ xốp và có hình sâu rất nhiều nằm trong và giữa EG@MFe2O4. Vì vậy

9

không có sự khác biệt đáng kể giữa EG và EG@MFe2O4 cho thấy ferrite

coban, mangan, niken phân phối đồng đều trên bề mặt của EG@MFe2O4

(hình 3.8)

3.2.2. Kết quả phân tích diện tích bề mặt riêng BET

3.2.2.1. Phân tích diện tích bề mặt riêng BET của vật liệu EG

Kết quả phân tích BET (Bảng 3.1) cho thấy sau khi tróc nở bằng lò vi

sóng, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của vật liệu EG tăng lên.

Diện tích bề mặt của graphit sau khi tróc nở tăng lên gấp khoảng 23 lần so

với graphit dạng vảy ban đầu (từ 6,5 m2/g tăng lên 147,5 m2/g) và thể tích

lỗ xốp của vật liệu cũng tăng lên đáng kể (từ 0,007 cm3/g lên 0,153 cm3/g).

Bảng 3.1. So sánh kết quả phân tích BET

Vật liệu SBET

(m2/g)

Bán kính lỗ xốp

(Å)

Thể tích lỗ xốp

(cm3/g)

Graphit 6,5 12,6 0,007

EG vi sóng 147,5 14,0 0,153

EG lò nung 100,9 12,6 0,106

3.2.2.2. Phân tích bề mặt riêng BET EG@MFe2O4

Kết quả phân tích diện tích bề mặt theo kết quả đo BET và thể tích lỗ

rỗng của EG @ MFe2O4 được thể hiện trên bảng 3.2.

Bảng 3.2. Diện tích bề mặt riêng theo BET của các vật liệu

Vật liệu SBET

(m2/g)

Bán kính lỗ

xốp (nm)

Thể tích lỗ xốp

(cm3/g)

EG@CoFe2O4 29,1 14,3 0,132

EG@NiFe2O4 22,7 17,3 0,136

EG@MnFe2O4 33,0 14,1 0,130

3.2.3. Phân tích FTIR

3.2.3.1. Phân tích FT-IR của vật liệu EG

10

Kết quả cụ thể được thể hiện trên bảng 3.3. Vậy với kết quả phân tích

trên cho thấy trên bề mặt của vật liệu EG có chứa nhiều loại nhóm chức

cũng như nhiều loại liên kết hóa học thuận lợi cho quá trình hấp phụ.

Bảng 3.3. Kết quả phân tích FTIR của vật liệu EG và EG@MFe2O4

Tần số

(cm-1) Liên kết Nhóm chức, hợp chất

2892,7 -CH, CH2, CH3 Ankan

1712,4 C=O, -CHO Andehit và xeton

1639,2 C=O, -C=O, H-O-H Andehit và xeton, axit, amide, nước

1511,9 C=C, -N-H Nhóm thơm, amide

1415,4 C-C Nhóm thơm

1191,7 C-O, C-N Nhóm OH (của rượu và phenol),

nhóm amin thơm

1064,5 C-N Nhóm amin aliphatic

524,5 Fe-O MFe2O4

3.2.3.2. Phân tích FT-IR vật liệu EG@MFe2O4

Hình 3.12. Giản đồ phân tích FT-IR của vật liệu EG và EG@MFe2O4

Qua kết quả phân tích FT-IR trên hình 3.12 cho thấy, vật liệu

EG@MFe2O4 vẫn tồn tại các nhóm chức giống như trên vật liệu EG chứng

tỏ quá trình xen chèn vật liệu tiền chất MFe2O4 đã không làm ảnh hưởng

11

nhiều tới các liên kết, nhóm chức trên vật liệu EG. Kết quả cụ thể được thể

hiện trên bảng 3.3. và hình 3.12

3.2.4. Phân tích XRD

3.2.4.1. Phân tích XRD của vật liệu EG

Giản đồ nhiễu xạ tia X của EG giãn nở cấu trúc pha xuất hiện đỉnh

d002 ở góc 2Ө = 26,89o với cường độ thấp hơn rất nhiều so với đỉnh của

graphit ban đầu. Điều này được giải thích là do quá trình tách bóc các lớp

graphit theo trục C trong chế tạo EG, làm giảm đáng kể cấu trúc tinh thể

trong graphit. Kết quả là đỉnh d002 của EG thấp hơn so với đỉnh d002 của

graphit ban đầu (hình 3.13).

Hình 3.3. Giản đồ XRD của (a) Graphit, (b) EG

Phân tích XRD vật liệu EGMFe2O4

Nhìn chung, các giản đồ XRD cho các vật liệu EG@MFe2O4 (M=Co,

Ni và Mn) tương ứng với các hình 3.14 (a, b và c) đều thể hiện các đỉnh

đặc trưng của nhóm các vật liệu trên. Tuy nhiên khi quan sát giản đồ

EG@MFe2O4 ta nhận thấy cường độ các đỉnh này thấp hơn nhiều so với

giản đồ tiền chất MFe2O4 chứng tỏ vật liệu tiền chất MFe2O4 không những

phân bố trên bề mặt vật liệu EG mà nó còn phân bố trong cấu trúc lỗ xốp

và nếp gấp của EG.

12

Hình 3.14. Giản đồ XRD của a) EG@CoFe2O4, b) EG@NiFe2O4 c)

EG@MnFe2O4

3.2.5. Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)

Bảng 3.5. Kết quả phân tích EDX của các mẫu graphit từ tính

Mẫu %C %O %Fe %Co %Mn %Ni %Al %Si %S Tổng

EG@CoFe2O4 89.31 9.47 0.71 0.36 - - 0.07 0.08 - 100

EG@NiFe2O4 89.46 8.37 1.28 - - 0.66 0.11 0.09 0.03 100

EG@MnFe2O4 91.85 5.93 0.76 - 0.65 - 0.54 0.09 0.18 100

3.2.6. Kết quả phân tích phổ tán xạ năng lượng (XPS)

Kết quả phân tích XPS được thể hiện ở hình 3.15-3.17. Nhìn chung,

trong số các yếu tố khảo sát, đỉnh C1 được đo với cường độ cao. Phân tích

phổ XPS C 1s cho thấy xuất hiện các đỉnh tương ứng với mức năng lượng

287,48 eV là của liên kết C=O hoặc O-C=O, ba đỉnh ở mức năng lượng

288,21; 288,05 và 289,5 eV là liên kết O-C=O, đỉnh ở mức năng lượng

288,29 eV là liên kết C=O hoặc O-C=O, đỉnh ở mức năng lượng 291,28

eV đánh dấu sự hiện diện của nhóm CO3, hai đỉnh ở mức năng lượng

287,7 và 287,9 eV là của liên kết C = O. Trong khi đó, các tín hiệu XPS

đặc trưng của O 1s được thể hiện ở, với 3 đỉnh tương ứng với các năng

lượng liên kết 535,3; 534,28; 533,1; 532,8; 530.0 eV, tương ứng với các

13

liên kết O hóa trị, C-O-C, C-O/C = O và O-C. Ngoài ra, phổ XPS của Fe

được chia làm 2 vùng: Fe 2p3/2 và Fe 2p1/2. Rõ ràng là một quỹ đạo quay

năng lượng tách được tìm thấy là 13,5 eV, trong khi khoảng cách từ Fe

2p1/2 đến đỉnh vệ tinh là 8.1 eV, đặc trưng cho các cation Fe 3+ phù hợp với

tài liệu. Có thể thấy, 3 mẫu vật liệu EG@MFe2O4 đều có sự tương đồng

phổ XPS của các nguyên tố C, O, Fe. Điều này hoàn toàn phù hợp và điểm

khác biệt ở đây theo quan sát được là cường độ và tín hiệu đỉnh của các

kim loại Mn, Ni và Co. Phổ Mn 2p cho thấy hai cấp độ phụ của spin-quỹ

đạo tách giữa 2p 3/2 và 2p 1/2 với khoảng cách năng lượng liên kết của

chúng khoảng 11,8 eV. Khoảng cách này gần với năng lượng tách quỹ đạo

quay (~ 11,62 eV) của oxit mangan (II). Đặc biệt, một đỉnh vệ tinh xuất

hiện ở 647 eV, cách gần 6,8 eV so với trạng thái 2p½, điều này gợi ý đến

sự tồn tại của Mn 2+ trong cấu trúc của [email protected]ác trạng thái liên

kết hóa học chi tiết của Co được thể hiện. Cụ thể, 2 đỉnh tại 781,1 eV và

786,9 eV được gán cho Co 2p3/2, trong khi 2 đỉnh tại 797,1 eV và 803,6 eV

thể hiện tín hiệu đặc trưng của Co 2p1/2. Phổ Co 2p chỉ ra Co tồn tại ở

trạng thái oxy hóa 2+ bởi vì các cation Co3+ có spin thấp có thể làm phát

sinh các tính năng vệ tinh yếu hơn nhiều so với các cation Co2+ có spin cao

với các quỹ đạo electron hóa trị chưa ghép cặp. Hơn nữa, đa số cation Co2+

chiếm các vị trí bát diện trong mạng tinh thể CoFe2O4. Phổ XPS của Ni

2p3/2 có thể được chia làm 2 vùng với hai đỉnh tương ứng khoảng 855,3 và

862,4 eV, trong khi đó ở Ni 2p1/2 xuất hiện ở 2 đỉnh tại tín hiệu 872,9 eV

và 880,4 eV.

3.2.7. Kết quả phân tích từ kế mẫu rung (Vibrating Specimen

Magne- tometer – VSM)

Từ trường bão hòa (Ms) thu được của EG@CoFe2O4 ở nhiệt độ

phòng là 32 emu/g, hai loại vật liệu EG@NiFe2O4 và EG@MnFe2O4 với

độ từ hóa lần lượt là 14,2 emu/g và 1,5 emu/g.

3.2.8. Kết quả chuẩn độ theo phương pháp Boehm

Kết quả được trình bày trong bảng 3.6.

14

Bảng 3.6. Kết quả xác định nhóm chức axit, bazơ trên vật liệu

3.3. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ

màu CR của EG@MFe2O4

3.3.1. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ

Xu hướng chung của nhóm vật liệu EG@MFe2O4 là sự khử màu xảy

ra nhanh chóng ở 30 phút đầu tiên, sau đó tăng chậm và đạt đến trạng thái

cân bằng. Việc kéo dài thời gian hấp phụ ở những thời gian tiếp theo làm

khả năng hấp phụ tăng không đáng kể. Khả năng hấp phụ giữa 3 vật liệu

graphit tróc nở gắn từ tính dựa vào dung lượng hấp phụ khi đạt cân bằng

của chúng: EG@CoFe2O4 > EG@NiFe2O4 > EG@MnFe2O4 (tương ứng

98,60 mg/g, 92,97 mg/g, 56,72 mg/g).

3.3.2. Ảnh hưởng của pH dung dịch

Độ pH tốt nhất cho sự hấp phụ của CR lần lượt là 6 và 4 đối với

EG@MFe2O4 và MFe2O4.

3.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng vật liệu

Khi tăng khối lượng chất hấp thụ, từ 0,003 g/L đến 0,005 g/L dung

lượng hấp phụ tăng lên chứng tỏ khả năng hấp phụ của EG@MFe2O4 tăng,

ở liều lượng lớn hơn 0,006 và 0,007 g/L, giá trị dung lượng có xu hướng

giảm.

3.3.4. Kết quả phân tích FT-IR của vật liệu EG@MFe2O4 sau hấp phụ

CR

Mẫu Lượng nhóm chức (mmol/g)

Cacboxyl Phenol Lacton Axit tổng Bazơ tổng

MFe2O4 0 0 0 0 0

EG@CoFe2O4 0,028 0,051 0,039 0,108 0,198

EG@NiFe2O4 0,022 0,052 0,037 0,098 0,196

EG@MFe2O4 0,020 0,044 0,032 0,096 0,156

15

Trước khi hấp phụ màu congo red trên bề mặt vật liệu có 5 đỉnh điển

hình, tuy nhiên sau khi hấp phụ màu, hai đỉnh là 1511,9 (của liên kết C=C

trong nhóm có vòng thơm và 1191,8 cm-1 (của liên kết C-O trong nhóm

OH của rượu và phenol) đã biến mất. Điều này có thể do trong quá trình

hấp phụ màu, nhóm các nhóm liên kết này đã tham gia liên kết với các

nhóm chức cấu tạo trong phân tử congo red. Ngoài ra trên vật liệu

EG@CoFe2O4 sau hấp phụ còn một đỉnh 1639,2 cm-1 (đỉnh đặc trưng của

dao động biến dạng H-O-H của nước hấp phụ vật lý và C=O trong các

nhóm chức andehit, xeton, axit.

Giải thích cơ chế hấp phụ

Dựa trên các kết quả phân tích FT-IR, chuẩn độ Boehm cho thấy quá

trình hấp phụ chất màu CR của vật liệu EG@ MFe2O4 và MFe2O4 có thể

được giải thích bằng các cơ chế hấp phụ sau.

Vật liệu EG@ MFe2O4 và MFe2O4 thu được khả năng hấp phụ CR

hơn với MFe2O4. Kết quả này có thể được giải thích do vai trò của các

nhóm chức hóa học trên bề mặt của EG@ MFe2O4. Như đã đề cập từ mục

đặc tính hóa, EG@MFe2O4 được chứng minh là có chứa nhiều loại nhóm

chức năng bao gồm (axit cacboxylic, lactone, phenol và các nhóm bazơ),

trong khi chúng không thể tìm thấy trong MFe2O4 (bảng 3.6). Trong quá

trình hấp phụ, sự hiện diện của các nhóm chức có thể góp phần vào sự

tương tác với các phân tử CR (hình 3.27). Do đó, các phân tử CR đã được

bắt giữ trên bề mặt của EG@MFe2O4 tốt hơn trên bề mặt của MFe2O4.

Trong mục 3.3.2 đã cho thấy rằng dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm

CR của các loại vật liệu thay đổi khi thay đổi pH dung dịch, điều đó cho

thấy rằng đã có tương tác tĩnh điện mạnh và trao đổi ion xảy ra giữa vật

liệu EG@MFe2O4 và phân tử thuốc nhuộm CR. Đồng thời như chúng ta đã

biết, các phân tử CR được cấu thành từ các vong thơm, amin (-NH2) và

16

imin (-N = N-) trong khi bốn nhóm chức được đề cập có chứa cả các nhóm

nhường hydro (nhóm -OH, -NH2, -C6H4OH) và các nhóm nhận hydro (-

CHO, N = N, -COO-). Do đó, loại liên kết hydro có thể được hình thành

giữa các phân tử CR và các nhóm chức, tăng cường hiệu quả hấp phụ.

Tương tác n-π (hoặc tương tác cho-nhận điện tử n-π), các nhóm chức

cacbonyl trên bề mặt EG@MFe2O4 đóng vai tro là các chất cho điện tử, và

các vong thơm của thuốc nhuộm đóng vai tro là chất nhận điện tử. Phổ

FTIR của EG@MFe2O4 cho thấy vị trí đỉnh C-O thay đổi sau khi hấp phụ

(đỉnh ở vị trí 1383 cm-1 hình 3.25). Sự thay đổi vị trí đỉnh C-O sau khi hấp

phụ chứng tỏ xảy ra các tương tác n-π .

Ngoài ra, EG@MFe2O4 được bọc lớp EG bên ngoài. EG là nguồn

carbonat chứa rất nhiều vong thơm trong cấu trúc. Kết quả là, tương tác π-

π có thể được hình thành giữa các vong thơm của các phân tử CR và các

lớp EG của vật liệu EG @ MFe2O4, dẫn đến cải thiện khả năng hấp phụ.

Hình 3.4. Cơ chế hấp phụ CR của EG@MFe2O4 (M=Co, Ni và Mn)

17

Sự hấp phụ của CR so với MFe2O4 vẫn xảy ra có thể là do sự tồn tại

của các lực yếu bao gồm cầu oxy-oxy kim loại và van der Waals. Nghiên

cứu này đã chỉ ra rằng các nguyên tử giàu electron như oxy có thể tương

tác với vị trí kim loại/oxit để tạo thành một cây cầu trung gian có tên là

oxy oxy-kim loại. Do các loại lực này yếu, nên sự hấp phụ CR của

MFe2O4 là không đáng kể.

3.4 . Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ thuốc nhuộm congo red của

vật liệu EG và EG@MFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt

3.4.1. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật

liệu EG

Kết quả phù hợp tốt với giá trị dự đoán, cho thấy độ tin cậy của mô hình

được đề xuất (bảng 3.11).

Bảng 3.11. Bảng kết quả hấp phụ CR sử dụng các điều kiện tối ưu trên

DX11

Vật

liệu

pH

(-)

Nồng độ

(mg/L)

Thời gian

(phút)

Khả năng hấp phụ

(mg/g) Kỳ vọng

Dự

đoán

Thực

tế

Sai

số

EG 5 45 190 67,18 66,62 0,56 1,00

3.4.2. Kết quả tối ưu hóa khả năng hấp phụ màu congo red của vật

liệu vật liệu EG@MFe2O4

3.4.2.1. Kết quả tối ưu hóa vật liệu EG@CoFe2O4



18


DX11

Vật liệu pH

(-)

Nồng

độ

(mg/L)

Thời

gian

(phút)


(mg/g) Kỳ

vọng Dự

đoán

Thực

tế

Sai

số

EG@CoFe2O4 6,05 58,20 189 88,60 87,46 1,14 1,00

CoFe2O4 4,1 60,58 186 41,89 42,95 1,06 1,00

3.4.2.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4




DX11

Vật liệu pH

(-)

Nồng

độ

(mg/L)

Thời

gian

(phút)


(mg/g) Kỳ

vọng Dự

đoán

Thực

tế

Sai

số

EG@NiFe2O4 6,2 48,25 179 87,85 86,90 0,95 1,00

NiFe2O4 4,0 52,7 188 38,16 37,01 1,15 1,00

3.4.2.3. Khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4




DX11

Vật liệu pH

(-)

Nồng

độ

(mg/L)

Thời

gian

(phút)

Khả năng hấp

phụ (mg/g) Kỳ

vọng Dự

đoán

Thực

tế

Sai

số

19

EG@MnFe2O4 5,7 57,7 181 60,6 62,0 1,4 1,00

MnFe2O4 6,0 62,0 182 10,4 11,1 0,7 1,00

3.5. Kết quả động học, nhiệt động học, đẳng nhiệt hấp phụ

3.5.1. Kết quả khảo sát vật liệu EG@CoFe2O4

3.5.1.1. Kết quả động học hấp phụ

Có thể sử dụng mô hình động học bậc hai để dự đoán động học hấp

phụ bởi vì nó cho R2 (0,99) tốt hơn mô hình động học bậc một (0,83) và Q2

của vật liệu EG@CoFe2O4 có giá trị (38,18 - 99,01 mg/L) lớn hơn so với

giá trị Q2 của vật liệu CoFe2O4 (30,08 - 48,22 mg/L) chứng tỏ khả năng hấp

phụ màu congo red của vật liệu EG@CoFe2O4 tốt hơn so với vật liệu

CoFe2O4.

3.5.1.2. Kết quả nhiệt động học hấp phụ

Từ phương trình Van’t Hoff với R2=0,84, các hằng số nhiệt động

enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định, các giá trị

dương của H cho thấy quá trình hấp phụ là quá trình thu nhiệt và giá trị

dương của S cho thấy ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ

EG@CoFe2O4. Trong khi đó, giá trị âm của G tại các nhiệt độ khác nhau

chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra.

3.5.1.3. Kết quả đẳng nhiệt hấp phụ

Hệ số hồi quy (R2) của mô hình Langmuir đạt được lớn nhất

(R2=0,99) cho thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực

nghiệm. Trong đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp

phụ được sắp xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > R-

D. hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ

là thuận lợi. Hơn nữa, điều này cho thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp

phụ đơn lớp.

3.5.2. Kết quả khảo sát vật liệu EG@NiFe2O4


20


phụ Q2 của vật liệu EG@NiFe2O4 (37,85 - 93,11) cao hơn so với Q2 của

vật liệu NiFe2O4 (28,48 - 44,36) điều đó cho thấy khả năng hấp phụ màu

congo red của vật liệu EG@NiFe2O4 cao hơn so với vật liệu NiFe2O4.


Từ phương trình Vant Hoff với R2 > 0.9, các hằng số nhiệt động

enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định, các giá trị

dương của H (H >0) cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ là rất quan trọng

và quá trình hấp phụ là quá trình thu nhiệt, giá trị dương của S (S>0)

cho thấy ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ EG@NiFe2O4. Trong

khi đó, G<0 tại các nhiệt độ khác nhau chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là

quá trình tự xảy ra.


Hệ số hồi quy (R2) đạt được từ phương trình Langmuir là lớn nhất

(R2>0,96) cho thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực

nghiệm. Trong đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp

phụ được sắp xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > R-

D. hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ

là thuận lợi. Hơn nữa, điều này cho thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp

phụ đơn lớp.

3.5.3. Kết quả khảo sát vật liệu EG@MnFe2O4



phụ bởi vì giá trị (R2=0,99) tốt hơn mô hình động học bậc một và Q2 của

vật liệu EG@MnFe2O4 (29,61 - 57,54) cũng cao hơn so với Q2 của vật liệu

MnFe2O4 (6,34 -18,19) điều đó cho thấy khả năng hấp phụ màu congo red

của vật liệu EG@NiFe2O4 cao hơn so với vật liệu NiFe2O4.

21


Từ phương trình Vant Hoff với R2 > 0.9, các hằng số nhiệt động

enthanpy, entropy và năng lượng tự do Gibbs được xác định. Kết quả thể

hiện trong bảng 3.36 cho thấy, giá trị (H>0) cho thấy quá trình hấp phụ là

quá trình thu nhiệt và (S>0) chứng tỏ có ái lực tốt giữa cơ chất CR và

chất hấp phụ EG@MnFe2O4. Trong khi đó, (G<0) tại các nhiệt độ khác

nhau chứng tỏ quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra.


Hệ số hồi quy (R2) của mô hình Langmuir lớn nhất (R2>0,95) cho

thấy mô hình có tính tương thích cao với các kết quả thực nghiệm. Trong

đó, sự mô tả cho các quá trình hấp phụ bởi các mô hình hấp phụ được sắp

xếp theo thứ tự sau: Langmuir > Freundlich > Temkin > R-D. Trong đó có

thể sử dụng mô hình Langmuir để mô tả cho sự hấp phụ CR bởi

EG@MnFe2O4 và MnFe2O4 mặt khác, hệ số Langmuir đặc trưng RL nhỏ

hơn 1.0 chỉ ra rằng quá trình hấp phụ là thuận lợi. Đồng thời điều này cho

thấy sự hấp phụ xảy ra chủ yếu là hấp phụ đơn lớp.

3.6. Khả năng tái sử dụng

Trong chu kỳ đầu tiên, tỉ lệ phân hủy CR của mẫu EG@MFe2O4 là

100%, sau đó giảm nhanh và chỉ thu được 8,38 %, 13,29 % và 9,46 %

tương ứng với EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4 và EG@MnFe2O4 trong lần

thí nghiệm thứ 5. Qua kết quả phân tích trên cho thấy, vật liệu có khả năng

tái sử dụng ít nhất bốn lần.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Nghiên cứu đã thực hiện được các nội dung như sau.

- Nghiên cứu đã điều chế thành công vật liệu EG với sự hỗ trợ của vi sóng với

các điều kiện như sau: tỉ lệ xen chèn thể tích H2O2/H2SO4 là 1,4/20, thời gian xen

22

chèn 100 phút, giá trị pH3, công suất và thời gian vi sóng tương ứng là 720 W và 30

giây.

- Nghiên cứu đã điều chế thành công 03 loại vật liệu EG@CoFe2O4,

EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4 bằng phương pháp sol-gel; trong đó điển hình vật liệu

EG@MnFe2O4 có kích thước lỗ xốp tương đối lớn (33 m2/g) và có độ từ hóa khá cao

(EG@CoFe2O4 =32 emu/g), vì vậy, vật liệu thuận lợi cho quá trình hấp phụ và khả

năng thu hồi vật liệu sau hấp phụ cũng như tái sử dụng.

- Tối ưu hóa được điều kiện hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4 (M=Co,

Ni, Mn) bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM), trong đó điều kiện tối ưng đới với

vật liệu EG@CoFe2O4: pH6,05, nồng độ 58,2 (mg/L), thời gian 189 phút và khả năng

hấp phụ CR của vật liệu là 87,46 mg/g; vật liệu EG@NiFe2O4: pH6,2, nồng độ 48,25

(mg/L), thời gian 179 phút và khả năng hấp phụ CR của vật liệu là 86,90 mg/g; vật

liệu EG@MnFe2O4: pH5,7, nồng độ 57,7 (mg/L), thời gian 181 phút và khả năng hấp

phụ CR của vật liệu là 62 mg/g.

- Khảo sát được quá trình động học: động học hấp phụ của vật liệu EG@MFe2O4

tuân theo mô hình động học bậc hai, tốc độ hấp phụ có thể được kiểm soát bởi sự hấp

phụ hóa học thông qua cơ chế trao đổi ion giữa chất hấp phụ và chất bị hấp phụ bằng

các liên kết hấp phụ hóa học.

- Khảo sát quá trình nhiệt học: quá trình hấp phụ màu của vật liệu EG@MFe2O4

là quá trình thu nhiệt ( H>0), có ái lực tốt giữa cơ chất CR và chất hấp phụ

EG@MFe2O4 ( S>0), đồng thời quá trình hấp phụ là quá trình tự xảy ra ( G<0).

- Đẳng nhiệt hấp phụ của vật liệu EG@MFe2O4 theo mô hình Langmuir. Quá

trình hấp phụ là thuận lợi (0<RL<1). Hơn nữa, điều này còn cho thấy sự hấp phụ xảy

ra chủ yếu là hấp phụ đơn lớp.

- Đánh giá được khả năng tái sử dụng của vật liệu EG@MFe2O4 trong việc hấp

phụ màu: vật liệu EG@MFe2O4 khá ổn định sau mỗi lần chạy thử nghiệm. Vật liệu có

thể tái sử dụng ít nhất 4 lần.

23

- Về cơ chế hấp phụ màu CR của vật liệu EG@MFe2O4 chủ yếu là do các loại

nhóm chức trên bề mặt của vật liệu tương tác các lực liên kết lên các thành phần cấu

tạo của phân tử CR dẫn đến cải thiện khả năng hấp phụ.

Kiến nghị

Để kết quả tổng hợp vật liệu từ tính EG@MFe2O4 (M = Co, Mn, Ni)

có thể được ứng dụng rộng rãi trong việc xử lý ô nhiễm môi trường,

nghiên cứu cần tiếp tục nghiên cứu khả năng hấp phụ ô nhiễm nước chứa

chất màu độc tính cao khác như rhodamine B, orange G, methyl red. Ngoài

ra, có thể kết hợp với các doanh nghiệp để xây dựng mô hình sản xuất

nano từ tính EG@MFe2O4 theo quy mô lớn.

NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Luận án đã tổng hợp thành công 03 vật liệu graphit tróc nở mang từ

tính (EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4) bằng phương pháp

sol-gel, đây là các vật liệu được chế tạo dựa trên nguồn graphit dạng vảy

của Việt Nam với loại hình vật liệu xử lý môi trường nước bị nhiễm thuốc

nhuộm và bị nhiễm dầu.

2. Luận án đã xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu đầy đủ về các tính chất

đặc trưng của vật liệu Graphit tróc nở (EG) và Graphit tróc nở mang từ

tính (EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4, EG@MnFe2O4) bằng các phương

pháp phân tích công cụ hiện đại: SEM, XRD, EDS, FT-IR, XPS, VSM,

BET.

3. Luận án đã đánh giá, so sánh, và xây dựng được mô hình tối ưu hóa

khả năng hấp phụ thuốc nhuộm Congo red của 07 loại vật liệu EG,

CoFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, EG@CoFe2O4, EG@CoFe2O4,

EG@MnFe2O4 bằng phương pháp đáp ứng bề mặt (RSM).

4. Luận án đã phân tích và đề xuất được các mô hình động học hấp phụ,

nhiệt động học hấp phụ, quá trình đẳng nhiệt hấp phụ, và đánh giá khả

năng tái sử dụng của 03 loại vật liệu EG@CoFe2O4, EG@NiFe2O4,

EG@MnFe2O4, đồng thời cũng đã giải thích được cơ chế hấp phụ màu

Congo red của vật liệu graphit tróc nở mang từ tính.

24

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Van Thinh Pham, Hong-Tham T. Nguyen, Duyen Thi Cam Nguyen,

Hanh T. N. Le, Thuong Thi Nguye, Nhan Thi Hong Le, Kwon Teak Lim,

Trinh Duy Nguyen, Thuan Van Tran, Long Giang Bach, Process

Optimization by a Response Surface Methodology for Adsorption of

Congo Red Dye onto Exfoliated Graphite-Decorated MnFe2O4

Nanocomposite: The Pivotal Role of Surface Chemistry, Processes 2019,

7, 305 (IF = 1.963)

2. Thinh Van Pham, Thuong Thi Nguyen, Duy Trinh Nguyen, Tran Van

Thuan, Phuong Quynh Thi Bui, Vo Nguyen Dai Viet, and Long Giang

Bach, The Preparation and Characterization of Expanded Graphite via

Microwave Irradiation and Conventional Heating for the Purification of Oil

Contaminated Water, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 19

(2019) 1122 - 1125 (IF = 1.354).

3. Pham Van Thinh, Hong-Tham T. Nguyen, Thuan Van Tran, Duyen

Thi Cam Nguyen, Hanh T. N. Le, Thuong Thi Nguyen, Dai-Viet N. Vo, Le

Thi Hong Nhan, and Duy Chinh Nguyen, Kinetics, Isotherm,

Thermodynamics, and Recyclability of Exfoliated Graphene-Decorated

MnFe2O4 Nanocomposite Towards Congo Red Dye, Journal of Chemistry

2019, Article ID 5234585, 16 pages (IF = 1.727).

4. Bui Thi Phuong Quynh, Sang Hoon Kim, Doan Thi Que Minh, Nguyen

Thi Mong Diep, Pham Van Thinh, Nguyen Thi Thuong, Magnetic

NiFe2O4 decorated-exfoliated graphite for adsorptive removal of anionic

dyes and cationic dyes from aqueous solution, Desalination and Water

Treatment, 82 (2017) 101-113 (IF = 1.631).

5. Nguyen Huu Vinh, Nguyen Phuoc Hieu, Pham Van Thinh, Nguyen

Thi Mong Diep, Vo Ngoc Thuan, Nguyen Duy Trinh, Nguyen Hung Thuy,

Bạch Long Giang, and Bui Thi Phuong Quynh, Magnetic NiFe2O4/

Exfoliated Graphite as an Efficient Sorbent for Oils and Organic Pollutants,

Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 18 (2018) 6859-6866 (IF =

1.354)

6. Pham Van Thinh, Nguyen Duy Trinh, Nguyen Thi Thuong, Van Thi

Thanh Ho, Bui Thi Phuong Quynh, Long Giang Bach, Influence Factors of

25

Exfoliation Synthesis Exfoliated Graphite from Vietnamese Natural

Graphite Flakes Using Microwave Irradiation, Solid State Phenomena 279

(2018) 230-234 (SCOPUS).

7. Pham Van Thinh, Nguyen Thi Thuong, Trinh Duy Nguyen, Nguyen

Thi Nhat Linh, Tran Manh Hoang, Vo Ngoc Thuan, Le Xuan Tien, Bui Thi

Phuong Quynh, Long Giang Bach, Studying Properties of Expanded

Graphite Coated With CoFe2O4 Particles, Application to Remove Oil Spills,

Journal of Materials Science & Surface Engineering, 4 (2016) 400-402.

8. Pham Van Thinh, Hoang Ngoc Bich, Bui Thi Phuong Quynh Nguyen

Duy Trinh, Long Giang Bach, Nguyen Thi Thuong, Magnetic Adsorbents

Based On The Composite Of Expanded Graphite And NiFe2O4 For

Removal Of Heavy Oils, Vietnam Journal of Science and Technology, 56

(2018) 152-158

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VI N HÀN LÂM KHOA H C...

Documents

Transcript of BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VI N HÀN LÂM KHOA H C...