intTypePromotion=3

Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Chia sẻ: ViMessi2711 ViMessi2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
14
lượt xem
5
download

Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày các kết quả nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb2+ của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm. Cấu trúc tinh thể, hình thái học, kích thước và tính chất từ của mẫu vật liệu được xác định bằng các phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và từ kế mẫu rung (VSM).

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb(II) của các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa có sự hỗ trợ của sóng siêu âm

Phạm Hoài Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 155 - 161<br /> <br /> NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ Pb(II)<br /> CỦA CÁC HẠT NANO Fe3O4 VÀ MnFe2O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP<br /> ĐỒNG KẾT TỦA CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA SÓNG SIÊU ÂM<br /> Phạm Hoài Linh1, Nguyễn Văn Khiển2, Tạ Ngọc Bách1,<br /> Hoàng Đình Khánh1, Phạm Anh Tuân3, Nguyễn Văn Đăng2*<br /> 1<br /> <br /> Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,<br /> 2<br /> Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, 3Đại học Điện Lực<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu tính chất từ và khả năng hấp phụ Pb 2+ của các hạt<br /> nano Fe3O4 và MnFe2O4 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu âm. Cấu<br /> trúc tinh thể, hình thái học, kích thước và tính chất từ của mẫu vật liệu được xác định bằng các<br /> phép đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử phát xạ trường (FESEM) và từ kế mẫu<br /> rung (VSM). Kết quả phân tích cho thấy, trong cùng một điều kiện chế tạo, các hạt nano Fe 3O4 có<br /> dạng hình cầu với kích thước trung bình cỡ 12 nm và các hạt nano MnFe 2O4 có dạng hình tựa lập<br /> phương với kích thước trung bình cỡ 20 nm. Hai mẫu vật liệu đều thể hiện đặc tính siêu thuận từ ở<br /> nhiệt độ phòng với nhiệt độ khóa cho mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 lần lượt là 251 K và 268 K. Giá trị<br /> mô men từ bão hòa thu được cho các mẫu là cao, mẫu Fe3O4 có mô ment từ bão hòa là 72 emu/g<br /> và mẫu MnFe2O4 là 65 emu/g. Khả năng hấp phụ Pb2+ của các hạt nano từ được khảo sát, kết quả<br /> cho thấy các hạt nano này có dung lượng hấp phụ cao. Hạt nnao Fe3O4 có khả năng hấp phụ Pb2+<br /> với dung lượng 65,83 mg/g và hạt nano MnFe2O4 là 47,66 mg/g.<br /> Từ khóa: Tính chất từ, Hấp phụ kim loại nặng, hạt nano ferrite spinel<br /> <br /> MỞ ĐẦU*<br /> Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của<br /> các nghành khoa học kỹ thuật và sự nở rộ của<br /> các ngành công nghiệp phục vụ đời sống, con<br /> người đang phải đối mặt với vấn đề về ô<br /> nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi<br /> trường nước. Thực trạng hiện nay cho thấy,<br /> nguồn nước ngày càng bị nhiễm bẩn bởi các<br /> loại chất thải độc hại từ các nhà máy, trong đó<br /> phải kể đến các kim loại nặng như As, Cd,<br /> Pb, Cr [1]. Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng<br /> trong nguồn nước đang đe dọa chất lượng<br /> cuộc sống của con người. Việc tìm kiếm giải<br /> pháp cũng như các phương pháp loại bỏ kim<br /> loại nặng ra khỏi nguồn nước đang thu hút rất<br /> nhiều nghiên cứu trên thế giới. Có nhiều<br /> phương pháp xử lí nước đã và đang được sử<br /> dụng như: công nghệ kết tủa, lắng/lọc, công<br /> nghệ trao đổi ion, thẩm thấu ngược, điện thẩm<br /> tách, hấp phụ… [2]. Trong tất cả các kỹ thuật<br /> đã đề cập, hấp phụ là phương pháp đã được<br /> ứng dụng rộng rãi do hệ thống hấp phụ được<br /> thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, tiết kiệm và cho<br /> *<br /> <br /> Tel: 0983.009975, Email: dangnv@tnus.edu.vn<br /> <br /> thấy hiệu quả cao hơn đối với việc loại bỏ các<br /> chất ô nhiễm độc hại khác nhau. Cùng với sự<br /> phát triển của ngành công nghệ nano, việc<br /> ứng dụng vật liệu nano trong phương pháp<br /> hấp phụ nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm độc<br /> hại trong nước đã được báo cáo rộng rãi [3].<br /> Trong những năm qua, các nghiên cứu chỉ ra<br /> rằng vật liệu từ cấu trúc nano đặc biệt là vật<br /> liệu từ thuộc họ cấu trúc spinel cho hiệu quả<br /> cao trong việc loại bỏ các kim loại nặng trong<br /> nước [4]. Do có bề mặt với tỷ lệ diện tích lớn<br /> và cấu trúc bề mặt có tính linh hoạt cao, vật<br /> liệu nano ferrite spinel dễ dàng tương tác với<br /> các vật liệu khác. Dưới tác dụng của từ<br /> trường ngoài, các vật liệu này dễ dàng được<br /> tách tuyển, thu hồi và tái sử dụng lâu dài sau<br /> khi đã hấp phụ các chất gây ô nhiễm. Theo<br /> báo cáo tổng hợp của tác giả Yun [5], các vật<br /> liệu nano oxit sắt như Fe3O4, γ-Fe2O4 được<br /> xem là những vật liệu từ đầu tiên nghiên cứu<br /> cho ứng dụng xử lý kim loại nặng trong nước.<br /> Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hạt nano<br /> oxit sắt có khả năng hấp phụ mạnh với dải<br /> rộng các kim loại nặng cũng như các chất hữu<br /> cơ độc hại như As, Cr, Cu, Pb [6]. Bên cạnh<br /> 155<br /> <br /> Phạm Hoài Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> đó, vật liệu MnFe2O4 được đặc biệt chú ý bởi<br /> bởi từ tính tương đối cao xấp xỉ với các vật<br /> liệu oxit sắt, độ bền hóa học cao và diện tích<br /> bề mặt lớn. Đặc biệt tính ổn định trong môi<br /> trường axit có pH thấp (pH 2,0-6,0) là một lợi<br /> thế để chúng có thể ứng dụng trong xử lý<br /> nước ô nhiễm [7]. Thông thường vật liệu<br /> ferrite spinel thường được chế tạo bằng một<br /> số phương pháp hóa học như đồng kết tủa,<br /> sol-gel, thủy nhiệt... [8]. Để thu được hiệu<br /> xuất hấp phụ cao, các nghiên cứu thường<br /> hướng đến các phương pháp chế tạo nhằm<br /> nâng cao từ tính và diện tích bề mặt của các<br /> hạt nano từ. Trên thực tế, diện tích bề mặt hấp<br /> phụ tăng khi giảm kích thước của vật liệu.<br /> Tuy nhiên, khi giảm kích thước vật liệu thì từ<br /> tính của vật liệu cũng sẽ suy giảm bởi chất<br /> lượng tinh thể giảm do tỷ phần mất trật tự bề<br /> mặt hay còn gọi lớp chết là lớn [9]. Do đó,<br /> việc chế tạo hạt nano có kích thước nhỏ đảm<br /> bảo được giá trị từ tính của vật liệu vẫn đang<br /> là vấn đề được quan tâm.<br /> Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu<br /> chế tạo hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 bằng<br /> phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ sóng siêu<br /> âm (sono-chemical assisted – co-precipitation<br /> method). Đây là phương pháp chế tạo đơn<br /> giản, thân thiện với môi trường và có chi phí<br /> thấp. Với tác động sóng siêu âm, các quá trình<br /> phản ứng như: phản ứng oxy hóa, phản ứng<br /> khử hay phản ứng phân hủy được thúc đẩy.<br /> Điều này tạo ra một số ưu thế của phương<br /> pháp này so với phương pháp đồng kết tủa<br /> truyền thống như: kiểm soát tốc độ phản ứng,<br /> thời gian phản ứng nhanh và vùng nhiệt độ<br /> phản ứng thấp [10]. Đặc biệt phương pháp này<br /> hứa hẹn sẽ đem đến hạt nano có chất lượng tinh<br /> thể tốt. Với cùng điều kiện chế tạo, tính chất từ<br /> và khả năng hấp phụ Pb của các hạt nano Fe3O4<br /> và MnFe2O4 được nghiên cứu thông qua các<br /> phép đo XRD, SEM, VSM, và AAS.<br /> THỰC NGHIỆM<br /> Chế tạo hạt nano MnFe2O4 và Fe3O4<br /> Các hạt nano MnFe2O4 và Fe3O4 được chế tạo<br /> bằng phương pháp hóa siêu âm tương tự<br /> 156<br /> <br /> 189(13): 155 - 161<br /> <br /> phương pháp mà chúng tôi đã công bố trong<br /> nghiên cứu trước đây [11]. Các bước chế tạo<br /> được tiến hành như sau: Các muối<br /> MnCl2.4H2O (99%, Merk) và FeCl2.4 H2O<br /> (99%, Merk) lần lượt được hòa tan bằng máy<br /> khuấy từ trong 2 cốc chứa sẵn dung dịch muối<br /> FeCl3.6H2O (99%, Merk) nồng độ 1M theo tỷ<br /> lệ (Mn2+/Fe2+):Fe3+ = (1):2. Hai cốc chứa hỗn<br /> hợp dung dịch các muối được đặt vào bể siêu<br /> âm công suất cao (S120H Elmasonic) và tăng<br /> nhiệt đến 80oC sau đó được thêm dung dịch<br /> NaOH (1,5M) cho đến khi pH đạt tới 11. Sau<br /> khi phản ứng kết thúc dung dịch chứa kết tủa<br /> màu đen được lọc rửa bằng nước cất và nước<br /> khử ion cho đến khi pH=7. Mẫu sau khi lọc<br /> rửa được sấy ở 500C trong vòng 24 tiếng.<br /> Các phương pháp khảo sát<br /> - Các phép đo khảo sát cấu trúc và hình thái<br /> bề mặt mẫu được thực hiện trên hệ đo nhiễu<br /> xạ tia X và FESEM.<br /> - Tính chất từ của các hạt nano Fe3O4 và<br /> MnFe2O4 được khảo sát trên hệ từ kế mẫu<br /> rung VSM.<br /> - Các thí nghiệm hấp phụ Pb: Chuẩn bị dung<br /> dịch chứa ion kim loại bằng cách pha muối<br /> Pb(NO3)2 vào dung dịch HCl 0,01M để thu<br /> được dung dịch có nồng độ Pb2+ là 50 mg/l,<br /> 100mg/l, 200 mg/l, 500mg/l và 1g/l. Sử dụng<br /> 100 mg hạt nano từ phân tán đều trong cốc<br /> thủy tinh chứa 50 ml dung dịch Pb2+ có các<br /> nồng độ khác nhau trong thời gian 2 tiếng ở<br /> nhiệt độ phòng. Sau khi đạt được trạng thái<br /> cân bằng hấp thụ, các hạt nano từ phân tán<br /> được thu hồi bằng một nam châm trong thời<br /> gian 15 phút. Sau đó chất lỏng nổi phía trên<br /> được phân tích bằng phương pháp hấp phụ<br /> nguyên tử AAS thông qua máy Hitachi Z<br /> 2000 sau pha loãng thích hợp nhằm xác định<br /> nồng độ ion kim loại sau hấp phụ. Dung<br /> lượng hấp phụ được tính theo công thức:<br /> <br /> q<br /> <br /> (Ci  Ct ).V<br /> m<br /> <br /> (1)<br /> <br /> trong đó: q là dung lượng hấp phụ (mg/g hoặc<br /> mmol/g); Ci là nồng độ ion kim loại trong<br /> <br /> Phạm Hoài Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> dung dịch ban đầu (mg/l hoặc mmol/l); Ct là<br /> nồng độ kim loại trong dung dịch sau khi hấp<br /> phụ (mg/l hoặc mmol/l); m là khối lượng chất<br /> hấp phụ đã dùng (g) và V là thể tích dung<br /> dịch (l).<br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Đặc trưng hình thái cấu trúc<br /> 800<br /> <br /> C-êng ®é (®vty)<br /> <br /> 700<br /> <br /> Fe O<br /> 3<br /> <br /> 600<br /> <br /> 4<br /> <br /> MnFe O<br /> 2<br /> <br /> 4<br /> <br /> 500<br /> 400<br /> 300<br /> 200<br /> <br /> 189(13): 155 - 161<br /> <br /> Hệ lập phương:<br /> <br /> 1<br /> h2  k 2  l 2<br /> <br /> d2<br /> a2<br /> Đối với mẫu MnFe2O4 có hằng số mạng<br /> a=b=c= 8,459046 Å lớn hơn hằng số mạng<br /> của mẫu Fe3O4 (a = b = c = 8,392546 Å). Ta<br /> biết rằng ion Mn2+ tồn tại ở hai trạng thái spin<br /> thấp và spin cao. Trong trường hợp Mn thay<br /> thế cho Fe trong MFe2O4, chúng tôi cho rằng<br /> ion Mn2+ thể hiện trạng thái spin cao nên hằng<br /> số mạng mới tăng (bán kính ion Fe2+ = 0,789<br /> Å; bán kính ion Mn2+ ở trạng thái spin thấp =<br /> 0,67 Å, ở trạng thái spin cao = 0,83 Å) và<br /> tương ứng với nó thể tích ô cở sở tăng (VFe3O4<br /> = 580,09 Å3; VMnFe2O4 = 605,28 Å3) [12].<br /> <br /> 100<br /> 0<br /> 20<br /> <br /> 30<br /> <br /> 40<br /> <br /> <br /> <br /> 50<br /> <br /> 60<br /> <br /> 2 <br /> Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của Fe3O4 và<br /> MnFe2O4<br /> <br /> 70<br /> <br /> Hình 1 là giản đồ nhiễu xạ tia X của hai mẫu<br /> vật liệu đã chuẩn bị. Ta thấy, các đỉnh nhiễu<br /> xạ sắc nét, chứng tỏ độ kết tinh tốt. Các mẫu<br /> đều thể hiện cấu trúc lập phương với nhóm<br /> đối xứng Fd3m. Cường độ đỉnh nhiễu xạ tại<br /> góc 2θ = 35,60 và 35,050 tương ứng với mẫu<br /> Fe3O4 và MnFe2O4 đạt giá trị lớn nhất. Quan<br /> sát hình 1 thấy rằng đỉnh nhiễu xạ của mẫu<br /> MnFe2O4 dịch về phía góc 2θ nhỏ so với đỉnh<br /> nhiễu xạ của mẫu Fe3O4. Các mẫu Fe3O4 và<br /> MnFe2O4 thuộc họ ferrite spinel với công<br /> thức chung MFe2O4 với M được thay thế bởi<br /> ion Fe2+ hoặc ion Mn2+. Do đó sự khác biệt<br /> giữa bán kính ion Mn2+ và Fe2+ gây ra biến<br /> dạng mạng tinh thể khi thay thế ion Mn cho<br /> Fe trong công thức MFe2O4. Hơn nữa qua<br /> quan sát giản đồ nhiễu xạ ta cũng thấy đỉnh<br /> nhiễu xạ có xu hướng thu hẹp về hai phía khi<br /> ion Mn thay thế cho ion Fe. Điều này có thể<br /> do hiệu ứng kích thước hạt.<br /> Để nghiên cứu sâu hơn cấu trúc tinh thể của<br /> các mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 và chúng tôi đã<br /> tính hằng số mạng của các mẫu chế tạo được<br /> dựa vào các công thức sau:<br /> <br /> (a)<br /> <br /> (b)<br /> <br /> Hình 2. Ảnh FESEM của hạt nano Fe3O4(a) và<br /> MnFe2O4 (b)<br /> <br /> Hình 2 trình bày ảnh FESEM của mẫu<br /> MnFe2O4 và Fe3O4. Cả hai hệ mẫu đều cho<br /> thấy sự phân bố kích thước hạt tương đối<br /> đồng đều. Tuy nhiên có thể thấy trong cùng<br /> một điều kiện chế tạo, các mẫu hạt MnFe2O4<br /> có xu hướng tạo thành hình lập phương còn<br /> các hạt nano Fe3O4 hình cầu. Kích thước hạt<br /> trung bình mẫu Fe3O4 khoảng 10nm, của mẫu<br /> MnFe2O4 khoảng 20nm. Kết quả này khá phù<br /> hợp với kết quả phân tích nhiễu xạ tia X khi<br /> sử dụng công thức Scherrer (2) để tính kích<br /> thước hạt tinh thể (kích thước hạt tinh thể<br /> tương ứng của mẫu Fe3O4 và MnFe2O4 lần<br /> lượt là 9nm và 17nm).<br /> <br /> d<br /> <br /> 0,9<br />  cos<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Qua so sánh kích thước hạt trung bình bằng<br /> ảnh FESEM và kích thước tinh thể từ giản đồ<br /> nhiễu xạ tia X chúng có giá trị xấp xỉ nhau<br /> của cả hai hệ hạt vật liệu điều này chứng tỏ<br /> 157<br /> <br /> Phạm Hoài Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 155 - 161<br /> <br /> các mẫu hạt nano đã chế tạo được tiệm cận<br /> với kích thước đơn tinh thể.<br /> Tính chất từ<br /> Hình 3 đường cong từ độ phụ thuộc vào từ<br /> trường ngoài. Từ độ bão hòa của các mẫu thu<br /> được là khá lớn (77 emu/g và 63 emu/g tương<br /> ứng với mẫu Fe3O4 và MnFe2O4). Giá trị này<br /> nhỏ hơn giá trị của mẫu khối (=90 emu/g)<br /> [13]. Sự suy giảm giá trị từ độ so với mẫu<br /> khối có thể giải thích do hiệu ứng bề mặt của<br /> các hạt nano từ. Do các ion Mn2+ có thể bị<br /> oxy thành ion có hóa trị lớn hơn (chẳng hạn<br /> như đối với Fe3O4 nó xảy ra phản ứng:<br /> 4Fe3O4 + O2 + 9H2O = 6γ-Fe2O3.3H2O) tạo<br /> thành một lớp oxit phi từ bao bọc ở bề mặt<br /> hạt, vì thế mô men từ tổng cộng của hệ hạt<br /> nano sẽ bị giảm so với mẫu khối. Tuy nhiên,<br /> từ độ bão hòa của các mẫu hạt nano đã chế<br /> tạo được không nhỏ hơn mấy so với mẫu khối<br /> chứng tỏ rằng các mẫu hạt nano đã chế tạo<br /> được có chất lượng tốt, độ hoàn hảo mạng<br /> tinh thể cao. Kết quả này phù hợp với kết quả<br /> phân tích nhiễu xạ tia X và FESEM. Khi so<br /> sánh kết quả từ độ thu được của mẫu trong<br /> nghiên cứu với một số nghiên cứu khác [14],<br /> thấy rằng phương pháp đồng kết tủa hỗ trợ<br /> sóng siêu âm cho mẫu có chất lượng tinh thể<br /> cũng như giá trị từ độ cao hơn phương pháp<br /> đồng kết tủa thông thường. Từ độ bão hòa của<br /> hệ hạt nano MnFe2O4 nhỏ hơn Fe3O4 do khi<br /> thay thế Mn cho Fe làm giảm số lượng tương<br /> tác trao đổi kép giữa Fe2+ - O – Fe3+ nên tính<br /> chất từ của nó bị giảm một phần.<br /> <br /> Hình 4 là kết quả đo đường cong từ độ phụ<br /> thuộc vào nhiệt độ được đo trong từ trường<br /> 100 Oe ở hai chế độ làm lạnh có từ trường<br /> (FC) và làm lạnh không có từ trường (ZFC).<br /> Giá trị từ độ MFC và MZFC có sự khác biệt khá<br /> lớn trong vùng nhiệt độ thấp và ở từ trường<br /> thấp. Sự khác nhau này là do khi mẫu làm<br /> lạnh trong từ trường (FC), các spin hỗn loạn ở<br /> trạng thái thuận từ được từ trường định hướng<br /> theo từ trường ngoài và bị đóng băng theo<br /> hướng của từ trường ở nhiệt độ thấp. Vì vậy<br /> giá trị từ độ của FC thường lớn. Ở chế độ<br /> ZFC, các spin hỗn loạn của trạng thái thuận từ<br /> vùng biên hạt ở nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ<br /> chuyển pha sắt từ - thuận từ không được định<br /> hướng nên khi làm lạnh sự hỗn loạn của<br /> chúng được giữ nguyên và đóng băng theo<br /> những hướng hoàn toàn ngẫu nhiên trong<br /> không gian, vì vậy giá trị từ độ của các đường<br /> ZFC thường nhỏ hơn so với đường FC. Sự<br /> tách biệt này giữa MFC và MZFC chỉ xảy ra rõ<br /> nét trong từ trường thấp. Khi nhiệt độ cao<br /> đường FC và ZFC khá trùng nhau và chúng<br /> thể hiện đặc trưng trạng thái của siêu thuận<br /> từ. Dựa vào đường cong ZFC, từ độ phụ<br /> thuộc vào nhiệt độ đạt giá trị cực đại tại<br /> 2670C và 2600C ứng với hạt nano Fe3O4 và<br /> MnFe2O4 tương ứng sau đó dần trùng với<br /> đường FC ở nhiệt độ cao hơn. Từ đó cho ta<br /> xác định nhiệt độ chuyển pha sắt từ- siêu<br /> thuận từ (nhiệt độ Blocking) của hạt Fe3O4 là<br /> 2670C và MnFe2O4 là 2600C. Ở trên các nhiệt<br /> độ này các hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4 tồn tại<br /> ở trạng thái siêu thuận từ.<br /> <br /> Hình 3. Đường cong từ trễ của Fe3O4 và<br /> MnFe2O4<br /> <br /> Hình 4. Đường từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ của<br /> Fe3O4 và MnFe2O4<br /> <br /> 158<br /> <br /> Phạm Hoài Linh và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 189(13): 155 - 161<br /> <br /> Khả năng hấp phụ Pb2+ của hạt nano Fe3O4 và MnFe2O4.<br /> Khả năng hấp phụ Pb của các mẫu hạt nano được xác định thông qua kết quả xác định nồng độ<br /> ion Pb2+ sau khi hấp thụ bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử AAS. Kết quả thu được được<br /> trình bày trên bảng 1.<br /> Từ kết quả thu được bảng 1, có thể xác định dung lượng hấp phụ cực đại theo mô hình hấp phụ<br /> đẳng nhiệt Langmuir theo công thức [15]:<br /> Bảng 1. Khả năng hấp phụ Pb của các mẫu hạt nano<br /> Mẫu<br /> Nồng độ Pb2+<br /> Nồng độ Pb dư sau hấp phụ<br /> (mg/l)<br /> Dung lượng hấp phụ (mg/g)<br /> Hiệu xuất xử lý (%)<br /> <br /> q  qmax 1bCbCt t<br /> <br /> 50<br /> 0,04<br /> <br /> 100<br /> 24,7<br /> <br /> Fe3O4<br /> 200<br /> 500<br /> 102,5 392,0<br /> <br /> 1000<br /> 905,7<br /> <br /> 50<br /> 0,03<br /> <br /> 100<br /> 24,3<br /> <br /> 24,9<br /> 99,9<br /> <br /> 37,6<br /> 75,2<br /> <br /> 48,7<br /> 48,7<br /> <br /> 47,1<br /> 9,4<br /> <br /> 24,9<br /> 99,9<br /> <br /> 37,8<br /> 75,6<br /> <br /> (2)<br /> <br /> Trong đó: q là dung lượng hấp phụ tại thời<br /> điểm cân bằng; qmax là dung lượng hấp phụ<br /> cực đại và b là hằng số.<br /> Từ công thức (2) có thể đưa về công thức biểu<br /> diễn sự phụ thuộc Ct/q vào Ct dưới dạng<br /> phương trình đường thẳng [15] :<br /> <br /> Ct<br /> 1<br /> 1<br /> <br /> Ct <br /> q qmax<br /> b.qmax<br /> <br /> (3)<br /> <br /> Từ phương trình đường thẳng này, xác định<br /> được các hằng số qmax và b trong phương trình<br /> từ độ dốc và đoạn cắt trục tung.<br /> <br /> Hình 5. Đường thực nghiệm và làm khớp theo mô<br /> hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của hạt nano<br /> Fe3O4<br /> <br /> Hình 5 và hình 6 mô tả hấp phụ đẳng nhiệt<br /> dạng tuyến tính của phương trình Langmuir<br /> đối với Pb2+ của các hạt nano Fe3O4 và<br /> MnFe2O4. Kết quả thu được từ hình 5 và hình<br /> <br /> 53,9<br /> 21,5<br /> <br /> MnFe2O4<br /> 200 500<br /> 94,7 381,9<br /> 52,6<br /> 52,6<br /> <br /> 59,0<br /> 23,6<br /> <br /> 1000<br /> 869,4<br /> 65,3<br /> 13,0<br /> <br /> 6 cho thấy mô hình hấp thụ đẳng nhiệt<br /> Langmuir phù hợp cho việc mô tả sự hấp phụ<br /> của Pb2+ lên các hạt nano từ. Quá trình hấp<br /> phụ này diễn ra đơn lớp trên bề mặt của các<br /> hạt nano từ trong điều kiện thí nghiệm được<br /> áp dụng [16]. Theo công bố của nhóm tác giả<br /> Ren, các ion Pb2+ có thể hấp phụ trên bề mặt<br /> các hạt nano từ thông qua việc chúng sẽ thay<br /> thế các nguyên tử H trong các nhóm chức OH<br /> trên bề mặt hạt nano từ và tạo phức với các<br /> ion oxy [16]. Cơ chế hấp phụ có thể được mô<br /> tả như sau:<br /> Fe3O4  OH  Pb2  ( Fe3 O4  O ) M  2H <br /> MnFe2O4  OH  Pb2  ( MnFe2O4  O ) M  2 H <br /> <br /> Hình 6. Đường thực nghiệm và làm khớp theo mô<br /> hình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir của hạt nano<br /> MnFe2O4<br /> <br /> Dung lượng hấp phụ cực đại được xác định từ<br /> phương trình Langmuir là 65,83 mg/g cho các<br /> hạt nano Fe3O4 và 47,66 mg/g cho hạt nano<br /> 159<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản