intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST
Báo xấu
2
lượt xem 0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nghiên cứu này, composite ZnO/rGO đã được nghiên cứu tổng hợp, ứng dụng làm chất hấp phụ đồng thời ST và CR; động học và đẳng nhiệt hấp phụ cũng được thảo luận. Kết quả cho thấy ZnO/rGO được tạo thành từ các hạt nano ZnO đang xen trên chất mang rGO. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao Safranine T và Congo red và đặc biệt có khả năng tự làm sạch xúc tác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO

  1. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC VÀ ĐẲNG NHIỆT HẤP PHỤ SAFRANINE T VÀ CONGO RED LÊN COMPOSITE ZnO/rGO Vũ Ngọc Hoàng1,2, Hồ Sỹ Thắng3, Nguyễn Thị Hồng Bích4, Võ Thị Thùy Linh5, Đặng Thị Ngọc Hoa6, Ngô Thị Thanh Xuân7, Đỗ Mai Nguyễn1, Lê Thị Hòa1,* 1Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; 2Trường THPT Tân Hiệp, Kiên Giang 3Trường Đại học Đồng Tháp 4 Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2, Đà Nẵng 5Trường Đại học Phạm Văn Đồng 6Trường Đại học Y-Dược, Đại học Huế 7Trung tâm Kiểm nghiệm Thuốc, mỹ phẩm và thực phẩm, TT-Huế *Email: lethihoa@husc.edu.vn Ngày nhận bài: 21/02/2024; ngày hoàn thành phản biện: 5/3/2024; ngày duyệt đăng: 10/3/2024 TÓM TẮT Composite ZnO/rGO đã được tổng hợp thông qua quá trình khử hóa học GO và phối trộn với tiền chất kẽm acetate. ZnO/rGO được đặc trưng bằng nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét, UV-Vis rắn và phổ phát xạ huỳnh quang. Kết quả cho thấy ZnO/rGO được tạo thành từ các hạt nano ZnO đang xen trên chất mang rGO. Vật liệu này có khả năng hấp phụ cao Safranine T và Congo red và đặc biệt có khả năng tự làm sạch xúc tác. Các mô hình động học biểu kiến bậc nhất và bậc hai và đẳng nhiệt hấp phụ theo các mô hình Langmuir, Freundlich và Sips cũng được khảo sát. Dung lượng hấp phụ của vật liệu ZnO/rGO tổng hợp là tương đương so với các công bố. Kết quả này cho thấy ZnO/rGO là vật liệu hấp phụ tiềm năng ứng dụng xử lý thuốc nhuộm trong dung dịch nước. Từ khóa: Congo red và Safranine T, reduce graphen oxide/ZnO. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, việc xử lý nước thải đã và đang trở thành mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia trên toàn thế giới bởi những ảnh hưởng nghiêm trọng của nó đối với hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người. Safranine T (ký hiệu là ST) là một trong những thuốc nhuộm cation cơ bản thường được dùng nhiều trong mô học và tế bào học [1]. ST có cấu trúc hữu cơ phức tạp, nên chỉ cần hàm lượng rất bé của ST trong môi trường nước 1
  2. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO cũng có thể gây ra các triệu chứng nghiêm trọng ở người như nhịp tim nhanh, nôn mửa, sốc, tím tái, tăng huyết áp, vàng da và hoại tử mô thậm chí gây quái thai, ung thư và đột biến gen cho con người [2]. Congo red (CR) cũng được biết đến là thuốc nhuộm diazo thứ cấp có tính độc hại cao. CR với một lượng rất nhỏ trong môi trường cũng là tác nhân gây ung thư và đột biến cho sinh vật dưới nước do có sự chuyển hóa CR đỏ thành benzidine [3]. Vì vậy việc tìm ra phương pháp hiệu quả để loại bỏ các tác nhân này ra khỏi môi trường nước là việc làm cấp bách và quan trọng. Nhiều phương pháp khác nhau đã được phát triển nhằm mục đích loại bỏ các tác nhân trên như vật lý, hóa học, sinh học bao gồm xúc tác quang học, keo tụ, đông tụ, lọc màng, xử lý ozone và oxy hóa. Trong đó, hấp phụ được xem là kỹ thuật nổi trội được ứng dụng rộng rãi nhất bởi tính đơn giản, tính kinh tế cũng như hiệu suất xử lý cao [4]. Trong các chất hấp phụ như zeolite, chitosan, lignin, than hoạt tính thường được sử dụng trong xử lý nước thải hiện nay vật liệu carbon đặc biệt là graphene oxide đang được thu hút nhiều quan tâm là chất hấp phụ tiềm năng thân thiện với môi trường [5]. Tuy nhiên, nhược điểm lớn cuả graphene oxide là dễ dàng tích tụ giữa các lớp và chu kỳ phân tách kém và khó phân tách, làm giảm hiệu suất hấp phụ và dễ tạo nên những ô nhiễm thứ cấp cũng như tốn kém về mặt kinh tế. Để khắc phục các nhược điểm nêu trên nhiều nghiên cứu đã tìm cách biến đổi GO bằng các vật liệu khác nhau như các oxide kim loại, polymer và vật liệu phi kim loại. Trong đó ZnO được xem là ứng viên tiềm năng bởi giá thành rẻ, không độc hại, được sử dụng rộng rãi để hấp phụ và phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải [6]. Đặc biệt là khi ZnO kết hợp cùng GO tạo ra vật liệu composite ZnO/rGO có hoạt tính xúc tác quang hóa tuyệt vời dưới vùng ánh sáng khả kiến, cho thấy tiềm năng ứng dụng lớn trong việc phân hủy các tác nhân ô nhiễm. Trong nghiên cứu này, composite ZnO/rGO đã được nghiên cứu tổng hợp, ứng dụng làm chất hấp phụ đồng thời ST và CR; động học và đẳng nhiệt hấp phụ cũng được thảo luận. 2.THỰC NGHIỆM Hóa chất: Bột graphite; sulfuric acid (H2SO4 Merck, 98%); phosphoric acid (H3PO4, Merck); Potassium permanganate (KMnO4, China); Amonia (NH3, 17%, China); Zinc acetate dihydrate (Zn(CH3COO)2.2H2O, Merck); Acid hydrochloric (HCl, Merck); Congo red (C32H22N6Na2O6S2,); Safranine T (C20H19ClN4, Merck); Hydrogen peroxide (H2O2, China); ethanol (C2H5OH, china); sodium hydroxide (NaOH, China), ascorbic acid (C6H8O6, Merck). 2
  3. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) Quy trình tổng hợp rGO Cho 3 gam bột graphite công nghiệp, 18 gam KMnO4 vào hỗn hợp gồm 320 ml dung dịch H2SO4 đặc và 80ml dung dịch H3PO4 đặc và khuấy từ liên tục trong 72 giờ. Cho tiếp 35 mL H2O2 (35-50%) vào hỗn hợp trên thu được hỗn hợp có màu vàng nâu. Ly tâm, rửa hỗn hợp nhiều lần với HCl 1 M và nước cất thu được chất rắn, sấy khô ở 80 oC trong 48 giờ được sản phẩm GO. Hòa tan 1g GO trong 200 mL nước cất, khuấy từ trong 10 phút,. Thêm 10 gam ascorbic acid vào hỗn hợp trên, khuấy từ liên tục trong 8 giờ ở 80 oC; lọc rửa chất rắn nhiều lần và sấy khô 80 oC trong 48 giờ thu được rGO. Quy trình tổng hợp composite ZnO/rGO Cho 50 mL dung dịch rGO (nồng độ 1 mg/mL) vào 50 mL Zn(CH3COO)2 3 M và dung dịch NH3 đậm đặc sao cho pH của hỗn hợp có giá trị bằng 10.Hỗn hợp được khuấy từ trong 1 giờ, sau đó ly tâm, rửa với nước cất nhiều lần thu được chất rắn. Chất rắn này được sấy ở 100 oC trong 24 giờ sau đó nung ở 450 oC trong 2 giờ được sản phẩm composite ZnO/rGO . Động học hấp phụ ST và CR bằng composite ZnO/rGO Dung lượng hấp phụ ST và CR tại thời điểm t và cân bằng được tính toán qua phương trình (1) (2). 𝐶0 −𝐶 𝑡 𝑞𝑡 = 𝑚 . 𝑉 (1) 𝐶0 −𝐶 𝑒 𝑞𝑒 = 𝑚 . 𝑉 (2) Với qt (mmol.g-1) là dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm tại thời t; C0 (mmol.L-1), Ct (mmol.L-1) , Ce (mmol.L-1) lần lượt là nồng độ của thuốc nhuộm ban đầu, tại thời điểm t và cân bằng; V (L) thể thuốc nhuộm; m (g) khối lượng vật liệu. Mô hình động học biểu kiến bậc nhất của Lagergren (3), mô hình biểu kiến bậc hai của Ho và cộng sự (4) [7] được sử dụng để phân tích dữ liệu động học quá trình hấp phụ. 𝑞 𝑡 = 𝑞 𝑒 . (1 − 𝑒 −𝑘1 𝑡 ) (3) 𝑞 .𝑘2 .𝑡 𝑒 𝑞 𝑡 = 𝑞 𝑒 1+𝑞 (4) 𝑒 .𝑘2 .𝑡 Với k1 (phút-1), k2 (g.mg-1. phút-1) là hệ số tốc độ của mô hình biểu kiến bậc 1 và bậc 2 . qt, qe là dung lượng hấp phụ tại thời điểm t và thời điểm đạt cân bằng. Thực nghiệm: cho 0,5 gam vật liệu tổng hợp vào bình thủy tinh chứa 1 L hỗn hợp ST và CR ở ba nồng độ khác nhau. Siêu âm hỗn hợp trong bóng tối sau từng khoảng thời gian xác định, lấy 3 mL dung dịch, ly tâm loại bỏ vật liệu. Nồng độ thuốc nhuộm còn lại được xác bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử . 3
  4. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO Đẳng nhiệt hấp phụ sử dụng các mô hình Langmuir (5), Freundlich (6) [8] và Sips (7) [9]: 𝑞 𝑚𝑜𝑚 .·𝐾 𝐿 ·𝐶 𝑒 𝑞𝑒 = 1+𝐾 𝐿 ·𝐶 𝑒 (5) 1/𝑛 𝑞𝑒 = 𝐾𝐹 𝐶𝑒 (6) 𝛽 𝐾 𝑠 .·𝐶 𝑒 𝑞𝑒 = 𝛽 (7) 1+𝑎 𝑠 ·𝐶 𝑒 Với KL, KF, KS tương ứng là hằng số của các mô hình theo Langmuir, Freunlich, Sips; qmon (mmol.g-1). là dung lượng hấp phụ cực đại đơn lớp; n, β : chỉ số thực nghiệm theo Freunlich, Sips; aS (L/mg): hệ số theo mô hình Sips. Các tham số được xác định bằng phương pháp hồi quy phi tuyến sử dụng phương pháp tổng bình phương nhỏ nhất. Điều này được tính toán bằng cách cực tiểu hóa tổng bình phương sai số (SSEs) với kỹ thuật tối ưu hóa sử dụng hàm chức năng Solver trong Microsoft Excel. Hàm cho cực tiểu hóa được tính theo phương trình : 𝑆𝑆𝐸 𝑆 = ∑1𝑁(𝑦 𝑒𝑥𝑝 − 𝑦 𝑒𝑠𝑡 )2 (8) trong đó yexp là phản hồi thử nghiệm và yest là phản hồi được ước tính từ mô hình. Hệ số xác định R2 được xác định theo phương trình 1−𝑆𝑆𝐸 𝑆 𝑅2 = 𝑆𝑆𝐸 𝑇 (9) trong đó SSET là tổng các bình phương, bằng (∑1𝑁(𝑦 𝑒𝑥𝑝 − 𝑦 𝑚𝑒𝑎𝑛 )2 ) trong đó ymean là giá trị trung bình của y). Để so sánh mức độ tương thích các mô hình, hệ số xác định R2 thường được sử dụng. Tuy nhiên mô hình có càng nhiều tham số thì R2 có khuynh hướng cao hơn mô hình có ít tham số hơn, do đó để so sánh các mô hình có tham số khác nhau người ta sử dụng chuẩn số AICs [10]. 2·𝑁 𝑝 ·(𝑁 𝑝 +1) 𝐴𝐼𝐶 𝑐 = 𝑁 · ln(𝑆𝑆𝐸 𝑇 /𝑁) + 2 · 𝑁 𝑝 + 𝑁−𝑁 𝑝 −1 (10) trong đó Np là số tham số và N là số mẫu. AICc (hoặc AIC) đánh giá mức độ hỗ trợ của dữ liệu đối với từng mô hình. Giá trị của AICc có thể dương hoặc âm. Mô hình có điểm AICc thấp nhất có nhiều khả năng đúng nhất. 4
  5. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc trưng vật liệu Từ Hình 1a, giản đồ XRD của rGO cho biết đỉnh 2θ ở 9,03° liên quan đến graphite bị oxy hóa tạo thành graphite oxide cho thấy than chì đã bị oxy hóa [11]. Sự hiện diện của đỉnh rộng 24° đối với rGO cho thấy rằng pha tinh thể của mặt (002) được sắp xếp ngẫu nhiên so với cấu trúc kết tinh cao của than chì. Sự sắp xếp này có thể do sự hình thành của một hay vài lớp rGO được xếp chồng lên nhau để tạo thành cấu trúc dày hơn do lực Van der Waals mạnh giữa mỗi lớp [12]. 140000 c) 6 d) ZnO/rGO 120000 5 ZnO rGO 100000 Cuờng dộ / au. 4 rGO 80000 ZnO/rGO (ahu)2 ZnO 3 60000 40000 2 20000 1 0 0 400 450 500 550 600 650 700 1 2 3 4 5 6 7 E (eV) Buớc sóng / nm Hình 1. Giản đồ XRD a)rGO b) ZnO và ZnO/rGO, c) Đồ thị Tauc và d) phổ PL của rGO, ZnO và ZnO/rGO. Từ giản đồ XRD của ZnO chứa các pic ở 31,9; 34,5; 36,4;, 47,7; 56,7° tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (100), (002), (101), (102), (110) của ZnO. Điều này khẳng định cấu trúc wurtzite của ZnO (JCPDS số 36-1451). Mẫu ZnO/rGO có các peak đặc trưng của ZnO với cường độ thấp hơn, nhưng không quan sát thấy bất kỳ đỉnh đặc trưng nào của 5
  6. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO carbon (Hình 1b). Có hai lý do có thể cho việc này: (1) hàm lượng rGO thấp và (2) sự phân tách hoàn toàn của than chì. Khi các lớp graphite bị phân tách, các đỉnh nhiễu xạ carbon trở nên yếu hơn hoặc thậm chí biến mất. Kết quả này cũng cho thấy đã tạo thành composite ZnO/rGO. Hình 1c trình bày đồ thị Tauc dẫn xuất từ phổ UVis-DRS, thể hiện các giá trị Eg của vật liệu ZnO và composite ZnO/rGO tương ứng là 3,2 và 2,95 eV. Kết quả này cho thấy ZnO/rGO có thể kích thích bằng ánh sáng khả kiến, hay vật liệu ZnO/rGO có thể sử dụng làm xúc quang hóa trong vùng khả kiến. Hình 1d là phổ phát xạ phát quang (PL) (được kích thích ở bước sóng 325 nm) của các mẫu. Mẫu rGO không quan sát được các dải phát xạ, trong khi mẫu ZnO và mẫu ZnO/rGO có dải phát xạ mạnh. Đỉnh phát xạ tia cực tím mạnh ở bước sóng 380 nm tương ứng với vùng phát xạ được cho là do sự tái hợp kích thích của một lỗ trống trong vùng hóa trị và một electron trong dải dẫn PL sau khi chất xúc tác quang được chiếu xạ. Do đó, cường độ của các dải phát xạ có thể được sử dụng để phản ánh thời gian tái tổ hợp của các cặp electron-lỗ trống quang sinh [13]. Các dải phát xạ mạnh tương ứng với tốc độ tái hợp cao của các cặp lỗ trống và electron quang s inh. So với các ZnO nguyên chất, vật liệu tổng hợp ZnO/rGO thể hiện các đỉnh phát xạ yếu hơn. Graphenee là chất dễ nhận electron [14], và chất bán dẫn ZnO là chất dễ cho electron [15]. Vì graphenee nhận electron nên thúc đẩy sự chuyển electron giữa các bề mặt từ ZnO và do đó các đỉnh phát xạ bị suy yếu. Các đỉnh phát xạ yếu hơn chỉ ra rằng vật liệu tổng hợp rGO và ZnO có thể làm chậm hiệu quả tốc độ tái hợp của các vật liệu quang sinh cặp electron-lỗ trống. Hay kết quả phổ PL đã xác nhận rằng vật liệu composite tạo thành từ rGO và ZnO có thể ngăn chặn một cách hiệu quả sự tái hợp của các electron và lỗ trống quang sinh. Hình 2 thể hiện ảnh SEM của các vật liệu đã được tổng hợp. Hình thái ZnO có dạng thanh với kích thước khoảng 10 x 50 nm (Hinh 2a). Tấm rGO khá mỏng được quan sát được ở Hình 2b. Hình 2c cho thấy các cụm ZnO kết tụ kích thước vài micrometer được nhúng trong rGO. a b c Hình 2. Ảnh SEM của a) ZnO, b) rGO và c) ZnO/rGO. 6
  7. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) 3.2. Nghiên cứu hấp phụ 3.2.1. Lựa chọn vật liệu Hình 3 trình bày khả năng hấp phụ ST và CR của vật liệu và sau một lần tái sử dụng. Vật liệu sau khi đã sử dụng hấp phụ được xử lý bằng cách chiếu sáng bởi đèn dây tóc trong hai giờ có hỗ trợ sóng siêu âm, rửa sạch và sấy khô ở 100 oC trong 24 h và tiến hành tái sử dụng. Kết quả cho thấy rGO có khả năng hấp phụ ST và CR cao ở lần đầu tiên sử dụng nhưng qua lần tái sinh bằng phân hủy quang hóa thì khả năng hấp phụ giảm hơn 90 %. Trong khi vật liệu ZnO có khả năng hấp phụ thấp, qua tái sinh khả năng hấp phụ cũng giảm hơn 50 %. Ngược lại vật liệu ZnO/rGO có khả năng hấp phụ tương đối cao, và vẫn duy trì khả năng hấp phụ cao sau lần tái sinh lần thứ nhất, chứng tỏ rGO và ZnO có khả năng xúc tác tự phân hủy chất hữu cơ bám trên bề mặt rất thấp, ngược lại ZnO/rGO có khả năng xúc tác quang hóa tự phân hủy tự làm sạch bề mặt hấp phụ. Kết quả này phù hợp với kết quả phân tích phổ PL và UV-Vis-DSR, cho thấy rGO trong vùng UV-Vis thì tốc độ tái kết hợp cặp lỗ trống quang sinh cao, nên không có hiệu ứng xúc tác quang hóa. ZnO chỉ bị kích thích ánh sáng vùng UV nên khi chiếu đèn dây tóc (chủ yếu ánh sáng khả kiến) thì không bị kích thích (ngoại trừ trong đèn dây tóc có một phần ánh sáng UV). Ngược lại ZnO/rGO chỉ bị kích thích ở vùng khả kiến và khả năng tái tổ hợp thấp nên vật liệu này có khả năng xúc tác quang hóa tự làm sạch và được chọn cho các khảo sát tiếp theo. 0,12 CR Ban đầu 0.30 b) Tái sinh 1 l lần a) ST 0,097 0.25 0.249 Ban đầu qe (mmol.g-1) Tái sinh 1 lần 0.202 0,072 0.20 qe (mmol.g-1) 0.178 0,059 0.15 0.10 0.089 0.05 0,01 0,008 0.028 0,002 0.005 0.00 rGO ZnO/rGO ZnO rGO ZnO/rGO ZnO Hình 3. Khả năng hấp phụ Safanin T (ST) a) và Congo red (CR) b) và khả năng tự tái sinh lần 1 của ba loại vật liệu (ĐKTN: m=0,05 gam, V= 0,1L, CST= 0,086mM, CCR = 0,043 mM, pH=7-7,5) 3.2.2. Động học hấp phụ Kết quả dung lượng hấp phụ ST và CR ở các nồng độ khác nhau (0,057 mM - 0,086 mM đối với ST và 0,029 mM - 0,043 mM CR) theo thời gian được thể hiện trong 7
  8. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO Hình 4. Khi nồng độ thuốc nhuộm ban đầu tăng lên, khả năng hấp phụ của chất hấp phụ tăng. 0,225 0,09 CR ST a) 0,08 b) 0,200 0,175 0,07 qe / mmol.g-1 qe / mmol.g-1 0,150 0,06 0,125 0,05 0,100 0,04 0,075 0,03 0.057 mM 0,02 0.029 mM 0,050 0.071 mM 0.036 mM 0,025 0.086 mM 0,01 0.043 mM 0,000 0,00 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 Thêi gian / phót Thêi gian/phót Hình 4. Động học học hấp phụ Safranin T (ST) a) và Congo red (CR) bằng ZnO/rGO b). ( ĐKTN: m=0,5 gam, V= 1L, pH=7-7,5; CST lần lượt là 0,057; 0,071; 0,086 mM; CCR là 0,029; 0,036; 0,043 mM , T=301K) Cụ thể, khả năng hấp phụ của ST tăng từ 0,1 mmol.g-1 lên 0,2 mmol g-1 khi nồng độ dung dịch ban đầu tăng từ 0,057 mM-0,086 mM. Tương tự đối với CR dung lượng hấp phụ thuốc nhuộm CR tăng từ 0,043 mmol g-1 lên 0,076 mmol g-1 khi nồng độ ban đầu tăng từ 0,029 mM-0,043 mM. Thuốc nhuộm ST được hấp phụ nhanh ở thời gian từ 0 –75 phút, trong khi thuốc nhuộm CR được hấp phụ ở thời gian 0 – 50 phút và dần đạt đến trạng thái cân bằng. Thời gian cần thiết để đạt được trạng thái cân bằng hấp phụ đối với ST, CR là khoảng 100 phút. Trong nghiên cứu này sử dụng mô hình động học biểu kiến bậc nhất và bậc hai dạng phi tuyến để nghiên cứu động học quá trình hấp phụ ST và CR lên vật liệu ZnO/rGO, kết quả được trình bày ở Bảng 1. Người ta cho rằng mô hình động học bậc nhất liên quan đến hấp phụ vật lý, còn mô hình động học bậc hai liên quan đến hấp phụ hóa học. Có thể thấy rằng, mô hình động học biểu kiến bậc một mô tả quá trình hấp phụ ST và CR lên vật liệu ZnO/rGO phù hợp hơn so với mô hình động học biểu kiến bậc hai , tương ứng với cơ chế hấp phụ vật lý, tuy nhiên đây không phải là cơ chế duy nhất mà có thể quá trình này bao gồm cả hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý. Bảng 1. Một số tham số mô hình động học biểu kiến bậc nhất và bậc hai Mô hình động học biểu kiến bậc Mô hình động học biểu kiến bậc 1 2 qe,Exp k2 Co (×10-2 k1 qe,Cal qe,cal (mmol·g– R2 (mg–1·gmin– R2 mM) (min–1) (mmol·g–1) (mmol·g–1) 1) 1) ST 5,7 0,101 0,014 0,107 0,97 0,149 0,135 0,96 8
  9. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) 7,1 0,143 0,016 0,144 0,97 0,079 0,183 0,95 8,6 0,202 0,029 0,211 0,98 0,052 0,281 0,95 2,9 0,043 0,022 0,048 0,98 0,451 0,058 0,97 CR 3,6 0,059 0,028 0,063 0,97 0,473 0,076 0,98 4,3 0,076 0,031 0,072 0,99 0,409 0,095 0,98 3.2.3. Đẳng nhiệt hấp phụ Có thể thấy sự tương thích tốt của dữ liệu thực nghiệm với cả ba mô hình đẳng nhiệt áp dụng khi hệ số xác định R2 thu được cao (R2 > 0,90). Theo kết quả của chỉ số thông tin Akaike (AIC) thì dữ liệu đẳng nhiệt thực nghiệm có sự tương thích tốt nhất với mô hình Freundlich và Langmuir hơn so với mô hình Sips mặc dù R2 của mô hình này là cao nhất. Điều này chỉ ra rằng quá trình hấp phụ các thuốc nhuộm lên vật liệu là đơn lớp và có sự tồn tại bề mặt không đồng nhất trên chất hấp phụ. Dung lượng hấp phụ cực đại của vật liệu ZnO/rGO đối với hai thuốc nhuộm ST và CR tính toán theo mô hình Langmuir lần lượt tương ứng 0, 213 mmol.g-1 và 0,082 mmol.g-1. Kết quả này cũng gần tương đương với các nghiên cứu của Vinod Gupta và cộng sự cho thấy dunglượng hấp phụ cực đại thuốc nhuộm ST trên AC là 0.161 mmol.g-1. Nghiên cứu của Jolly Pal và cộng sự về sự hấp phụ CR cho kết quả dung lưọng hấp phụ đạt 0,125 mmol.g-1 [16] [17][18]. Bảng 2. Mô tả kết quả tính toán các thông số đẳng nhiệt ST và CR theo các mô hình đẳng nhiệt Đẳng nhiệt Langmuir 𝑄0 (mmol.g-1) 𝐿 𝐾 0 (L.g-1) 𝐿 𝑎0 (L.mmol-1) 𝐿 R2 -AICc ST CR ST CR ST CR ST CR ST CR 0,213 0,082 2,219 42,213 9,311 441,04 90.17 89.78 66.19 75.78 Đẳng nhiệt Freundlich T: 𝒂𝑭 𝒃𝑭 R2 -AICc 301K ST CR ST CR ST CR ST CR ST CR 0,204 0,702 0,679 0,712 94.21 92.1 67.76 75.21 Đẳng nhiệt Sips Ks 𝒂 𝒔𝟎 𝒃 𝒔𝟎 R2 -AICc ST CR ST CR ST CR ST CR ST CR 0,203 0,698 0,827 0,329 1,473 1,446 95.15 96.42 65.35 73.33 9
  10. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO ST 301K 0,045 CR 301K 0,11 Exp Exp 0,10 Langmuir 0,040 Langmuir Freundlich Freundlich qe (mmol.g-1) Sips qe (mmol.g-1) 0,09 Sips 0,035 0,08 0,030 0,07 0,025 0,06 0,020 0,05 0,015 0,04 0,03 0,010 0,015 0,030 0,045 0,060 0,075 0,090 0,0250 0,0275 0,0300 0,0325 0,0350 0,0375 Ce(mM)) Ce (mM) Hình 5. Đẳng nhiệt hấp phụ ST và CR bằng ZnO/rGO. ( ĐKTN: m=0,2-0,8g gam, V= 0,2L, pH=7-7,5; CST 0,086 mM; CCR là 0,043 mM , T=301 K). 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu này đã tổng hợp được composite ZnO/rGO bằng phương pháp khử GO hóa học kết hợp cùng Zn(CH3COO)2. Kết quả đặc trưng cho thấy ZnO được phân tán trên rGO với liên kết hóa học góp phần phân tách các lớp graphite. Động học hấp phụ của vật liệu tổng hợp đối với thuốc nhuộm ST và CR tuân theo mô hình động học bậc nhất và bậc hai. Mặt khác, vật liệu ZnO/rGO cho dung lượng hấp phụ tương đương so với các công bố. Kết quả này sẽ mở ra hướng ứng dụng của vật liệu tổng hợp làm chất hấp phụ để xử lý thuốc nhuộm gây ô nhiễm trong môi trường nước. LỜI CẢM ƠN Thông tin tài trợ: Đỗ Mai Nguyễn được tài trợ bởi Chương trình học bổng Thạc sĩ, Tiến sĩ của Quỹ Đổi mới Tập đoàn VinIF (VINIF), mã số VINIF.2023.TS.079 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] V. K. Gupta, A. Mittal, R. Jain, M. Mathur, and S. Sikarwar, “Adsorption of Safranin-T from wastewater using waste materials—activated carbon and activated rice husks,” J. Colloid Interface Sci., vol. 303, no. 1, pp. 80–86, 2006. [2] S. C. Karadeniz, B. Isik, V. Ugraskan, and F. Cakar, “Adsorptive removal of Safranine T dye from aqueous solutions using sodium alginate–Festuca arundinacea seeds bio–composite microbeads,” Int. J. Biol. Macromol., vol. 248, p. 125880, 2023. [3] P. O. Oladoye, M. O. Bamigboye, O. D. Ogunbiyi, and M. T. Akano, “Toxicity and decontamination strategies of Congo red dye,” Groundw. Sustain. Dev., vol. 19, p. 100844, 2022. 10
  11. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) [4] W. Zhang, W. Huang, J. Tan, D. Huang, J. Ma, and B. Wu, “Modeling, optimization and understanding of adsorption process for pollutant removal via machine learning: Recent progress and future perspectives,” Chemosphere, vol. 311, p. 137044, 2023. [5] A. Ahmed, A. Singh, S.-J. Young, V. Gupta, M. Singh, and S. Arya, “Synthesis techniques and advances in sensing applications of reduced graphene oxide (rGO) Composites: A review,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 165, p. 107373, 2023. [6] A. A. Sumra et al., “Biological synthesis of nanostructured ZnO as a solar-light driven photocatalyst and antimicrobial agent,” Ceram. Int., vol. 48, no. 10, pp. 14652–14661, 2022. [7] R.-L. Tseng, F.-C. Wu, and R.-S. Juang, “Characteristics and applications of the Lagergren’s first-order equation for adsorption kinetics,” J. Taiwan Inst. Chem. Eng., vol. 41, no. 6, pp. 661– 669, 2010. [8] M. R. Fathi, A. Asfaram, and A. Farhangi, “Removal of Direct Red 23 from aqueous solution using corn stalks: isotherms, kinetics and thermodynamic studies,” Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc., vol. 135, pp. 364–372, Jan. 2015. [9] S. Kalam, S. A. Abu-Khamsin, M. S. Kamal, and S. Patil, “Surfactant adsorption isotherms: A review,” ACS omega, vol. 6, no. 48, pp. 32342–32348, 2021. [10] H. Motulsky and A. Christopoulos, “Fitting Models to Biological Data using Linear and Nonlinear Regression A practical guide to curve fitting Contents at a Glance.” [11] P. Cui, J. Lee, E. Hwang, and H. Lee, “One-pot reduction of graphene oxide at subzero temperatures,” Chem. Commun., vol. 47, no. 45, pp. 12370–12372, 2011. [12] M.-Q. Yang, B. Weng, and Y.-J. Xu, “Improving the visible light photoactivity of In2S3– graphene nanocomposite via a simple surface charge modification approach,” Langmuir, vol. 29, no. 33, pp. 10549–10558, 2013. [13] Y. Sun, S. R. Wilson, and D. I. Schuster, “High dissolution and strong light emission of carbon nanotubes in aromatic amine solvents,” J. Am. Chem. Soc., vol. 123, no. 22, pp. 5348–5349, 2001. [14] V. Subramanian, E. E. Wolf, and P. V Kamat, “Catalysis with TiO2/gold nanocomposites. Effect of metal particle size on the Fermi level equilibration,” J. Am. Chem. Soc., vol. 126, no. 15, pp. 4943–4950, 2004. [15] I. Langmuir, “The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Part I. Solids,” J. Am. Chem. Soc., vol. 38, no. 11, pp. 2221–2295, Nov. 1916. [16] V K. Gupta a,, A.Mittal , R. Jain et all. Adsorption of Safranin-T from wastewater using waste materials -activated carbon and activated rice husks,” December 2006Journal of Colloid and Interface Science 303(1):80-6DOI:10.1016/j.jcis.2006.07.036. [17] V. Ugraskan, B. Isik, O. Yazici, and F. Cakar, “Removal of Safranine T by a highly efficient adsorbent (Cotinus Coggygria leaves): Isotherms, kinetics, thermodynamics, and surface properties,” Surfaces and Interfaces, vol. 28, p. 101615, 2022. [18] J.Pal, M. Deb. Efficient adsorption of congo red dye from aqueous solution using green synthesized coinage nanoparticles coated activated carbon beads. Appl Nanosci (2014) 4:967–978. DOI 10.1007/s13204-013-0277-y19 October 2013 11
  12. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO KINETIC AND ISOTHERM STUDIES FOR THE ADSORPTION OF SAFRANINE T AND CONGO RED ONTO ZnO/rGO COMPOSITE Vu Ngoc Hoang1,2, Ho Sy Thang3, Nguyen Thi Hong Bich4, Vo Thi Thuy Linh5, Dang Thi Ngoc Hoa6, Ngo Thi Thanh Xuan7, Do Mai Nguyen1, Le Thi Hoa1 1University of Sciences, Hue University 2Tan Hiep High School, Kien giang 3Dong Thap University 4Quality Assurance and Testing Centre 2, Danang City 5Pham Van Dong University 6 University of Pharmacy and Medicine, Hue University 7Testing Center for Drugs, Cosmetics and Food, Thua Thien Hue *Email: lethihoa@husc.edu.vn ABSTRACT ZnO/rGO composite was synthesized via chemical reduction of GO and mixed with zinc acetate precursor. ZnO/rGO was characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, UV-Vis defusive reflectance spectroscopy, and fluorescence emission spectroscopy. The results show that ZnO/rGO comprises ZnO nanoparticles intercalated on the rGO carrier. This material has a high adsorption capacity of Safranine T and Congo red and is especially capable of catalytic self- cleaning. Pseudo first-and-second-order kinetic models and adsorption isotherms were also investigated according to the Langmuir, Freundlich and Sips models. The adsorption capacity of the synthesized ZnO/rGO material is equivalent to that published. This result shows that ZnO/rGO is a potential adsorbent material in treating dyes in aqueous solutions. Keywords: Congo red and Safranine T, reduce graphen oxide/ZnO. 12
  13. TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 24, Số 2 (2024) Vũ Ngọc Hoàng sinh ngày 18/9/1980 tại Kiên Giang. Ông tốt nghiệp cử nhân ngành Hóa học năm 2004 tại Đại học Cần Thơ, tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý tại Đại học Đồng Tháp vào năm 2018, là NCS tại Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế từ năm 2021. Lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu: Hóa lý thuyết, vật liệu. Hồ Sỹ Thắng sinh ngày 30/4/1975 tại Nghệ An. Ông tốt nghiệp cử nhân ngành Hóa học tại Trường Đại học Vinh, năm 2003, tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý, tại Trường Đại học Đại học Sư phạm, Đại học Huế năm 2006, tốt nghiệp Tiến sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý tại Đại học Huế, năm 2012. Hiện nay, ông công tác tại Trường Đại học Đồng Tháp. Lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu: Hóa lý thuyết, vật liệu hấp phụ, xúc tác. Nguyễn Thị Hồng Bích sinh ngày 29/08/1992 tại ĐăkLăk. Bà tốt nghiệp cử nhân ngành Sư phạm Hóa học tại trường Đại học Tây Nguyên năm 2016, tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Hóa học tại trường Đại học Khoa học, Đại học Huế vào năm 2022. Hiện nay, bà công tác tại Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 2, Đà Nẵng. Lĩnh vực nghiên cứu: Phân tích sắc ký, môi trường, vật liệu nano. Võ Thị Thùy Linh sinh ngày 17/9/1992 tại Quảng Ngãi. Bà tốt nghiệp cử nhân ngành Sư phạm Hóa học năm 2014, tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý tại Đại học Đại học Sư phạm Huế vào năm 2017. Hiện nay, bà công tác tại Trường Đại học Phạm Văn Đồng. Lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu: Hóa lý thuyết, vật liệu. Ngô Thị Thanh Xuân sinh ngày 12/01 1982 tại Thừa Thiên Huế. Bà tốt nghiệp Dược sĩ Đại học Trường Đại học Y dược TP Hồ Chí Minh năm 2005, tốt nghiệp Dược sĩ chuyên khoa I tại Đại học Y dược Huế năm 2015. Hiện nay, bà là Giám đốc Trung tâm kiểm nghiệm thuốc, mỹ phẩm, thực phẩm tỉnh Thừa Thiên Huế. Lĩnh vực nghiên cứu: Phân tích sắc ký, vật liệu nano. 13
  14. Nghiên cứu động học và đẳng nhiệt hấp phụ Safranine T và Congo red lên composite ZnO/rGO Đặng Thị Ngọc Hoa sinh ngày 03/08/1986 tại Quảng Bình. Bà tốt nghiệp cử nhân ngành Hóa học năm 2008, tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa hữu cơ tại Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế vào năm 2010, nhận học vị tiến sĩ năm 2022 tại Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế. Hiện nay, bà công tác tại Trường Đại học Y-Dược, Đại học Huế. Lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu: Hóa lý, vật liệu. Đỗ Mai Nguyễn sinh ngày 02/07/1997 tại Quảng Ngãi. Ông tốt nghiệp Cử nhân Sư phạm chuyên ngành Hóa học năm 2020 tại Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Hóa học năm 2023 tại Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Ông hiện tại đang là Nghiên cứu sinh chuyên ngành Hóa phân tích tại Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế. Lĩnh vực nghiên cứu: vật liệu điện hóa, phân tích điện hóa. Lê Thị Hòa sinh ngày 04/8/1975 tại Thừa Thiên Huế. Bà tốt nghiệp cử nhân ngành Hóa học năm 1997, tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành Hóa lý thuyết và Hóa lý tại Trường Đại học Đại học Sư phạm, ĐH Huế vào năm 2002, nhận học vị tiến sĩ năm 2014 tại Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế. Hiện nay, bà công tác tại Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế. Lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu: Hóa lý thuyết, vật liệu. 14
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2