BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

HỒNG ANH THI

TỔNG HỢP VẬT LIỆU TỪ PHẾ PHẨM
NƠNG NGHIỆP KẾT HỢP Fe3O4
ỨNG DỤNG HẤP PHỤ METHYLENE BLUE VÀ
LOẠI BỎ CHẤT MÀU HỮU CƠ TRONG
MẪU NƯỚC

Ngành: HOÁ PHÂN TÍCH
Mã ngành: 8440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Thị Thanh Thúy
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đại học
Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Cường ................................- Chủ tịch Hội đồng
2. PGS.TS. Trần Trung Hiếu .....................................- Phản biện 1
3. TS. Nguyễn Quốc Hùng.........................................- Phản biện 2
4. TS. Nguyễn Quốc Thắng .......................................- Ủy viên
5. TS. Đỗ Thị Long ....................................................- Thư ký
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Hoàng Anh Thi ................................... MSHV: 20125981
Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1998 ............................... Nơi sinh: Đồng Nai
Ngành: Hoá Phân Tích ................................................... Mã ngành: 8440118
I. TÊN ĐỀ TÀI:
Tổng hợp vật liệu từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp Fe3O4 ứng dụng hấp phụ
methylene blue và loại bỏ chất màu hữu cơ trong mẫu nước.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan
Methylene blue, phế phẩm nông nghiệp, vỏ trái cây, vật liệu hấp phụ kết hợp Fe3O4,
phương pháp quang phổ hấp thu UV-VIS, tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước.
2. Thực nghiệm
− Thẩm định quy trình phân tích methylene blue;
− Tổng hợp vật liệu hấp phụ methylene blue từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp
Fe3O4;
− Đánh giá khả năng làm giảm COD của vật liệu hấp phụ.
3. Kết quả và bàn luận
4. Kết luận và kiến nghị

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 17.10.2022
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 17.4.2023
IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Trần Thị Thanh Thúy
Tp. Hồ Chí Minh,…ngày…tháng…năm 2023
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Trần Thị Thanh Thúy

TS. Nguyễn Quốc Thắng

TRƯỞNG KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Cường


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp, đây là nhiệm vụ cuối cùng và cũng là nhiệm vụ vô cùng quan trọng
trước khi em hồn thành chương trình cao học. Được sự quan tâm, hỗ trợ của khoa
cơng nghệ hóa học-Trường đại học Cơng nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, em đã hồn thành
luận văn tốt nghiệp. Để có được thành quả như ngày hôm nay, không chỉ dừng lại ở
sự nỗ lực học hỏi của bản thân mà cùng với đó là sự giúp đỡ và hỗ trợ của gia đình,
thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Thanh Thúy, người luôn sát cánh bên em
trong suốt q trình thực hiện đồ án, người ln tận tình hướng dẫn trong suốt q
trình thực hiện và hồn thành luận văn. Với em, được làm việc và cùng cô là niềm
vinh dự vô cùng lớn đối với em.
Em xin chân thành cảm ơn khoa cơng nghệ hóa học, Trường đại học Cơng nghiệp
Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt cho em được tiến hành luận văn tại

trường, hỗ trợ cho em về phịng thí nghiệm, dụng cụ, thiết bị, giúp em có được mợt
mơi trường thực hành tốt. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa đã
truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm bổ ích trong suốt q trình học tập và thực hiện
luận văn.
Trong quá trình thực hiện, do kiến thức bản thân cịn nhiều hạn chế nên khơng tránh
khỏi những sai sót. Mong nhận được sự đóng góp chân thành của q thầy cơ để em
rút kinh nghiệm, hồn thiện tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong nghiên cứu này, tất cả những vật liệu hấp phụ DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4,
DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4 đã được tổng hợp từ nguyên liệu có nguồn gốc từ phế
phẩm nông nghiệp (đã được phơi khô dưới ánh sáng mặt trời và sấy khô ở 80oC) với
hỗn hợp hai oxit sắt Fe3+ và Fe2+ với tỉ lệ 2:1 và được già hóa bằng dung dịch NaOH
(pH 11). Kết quả phân tích bề mặt thơng qua phương pháp SEM đã cho thấy các vật
liệu đều có dạng hạt với kích thước dao đợng từ 30 đến 50nm, trên bề mặt vật liệu có
nhiều lỗ xốp tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp phụ methylene blue. Kết quả
phân tích bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier đã cho thấy sự liên kết của các
phân tử methylene blue chủ yếu thơng qua các nhóm chức – CO, – OH và các peak
ở vùng vân ngón tay là các liên kết Fe – O, điều này cho thấy các vật liệu đã được
gắn thành công nano Fe3O4. Kết quả phân tích XRD đã thể hiện được trạng thái tinh
thể của vật liệu và các peak đặc trưng của Fe3O4. Kết quả phân tích diện tích bề mặt
BET thơng qua phương pháp đường đẳng nhiệt hấp phụ-khử hấp phụ N2 đã cho thấy
DFP@Fe3O4 có diện tích bề mặt riêng lớn nhất trong bốn loại vật liệu được đề cập
trong bài nghiên cứu này. Cụ thể, diện tích bề mặt riêng của DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4,
DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4 lần lượt là 3,95; 1,32; 3,66; 5,63 m2/g, thể tích lỗ xốp của
DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4, DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4 lần lượt là 0,002; 0,005; 0,533;

0,679 cm3/g. Dung lượng hấp phụ tối đa của DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4, DP@Fe3O4
và BP@Fe3O4 lần lượt là 268,64 mg/g; 44,73 mg/g; 60,13 mg/g; 205,69 mg/g. Các
điều kiện đã tối ưu cho quá trình hấp phụ như pH, khối lượng vật liệu và thời gian
hấp phụ lần lượt được khảo sát để đạt hiệu suất hấp phụ cao nhất. Kết quả nghiên cứu
đã cho thấy, khi sử dụng 27 mg vật liệu DFP@Fe3O4 ở môi trường pH 6,5 trong thời
gian 90,97 phút thì hiệu suất hấp phụ đạt 95,81%, khi sử dụng 91 mg vật liệu
PP@Fe3O4 ở môi trường pH 5,9 trong thời gian 95,32 phút thì hiệu suất hấp phụ đạt
97,74%, khi sử dụng 184 mg vật liệu DP@Fe3O4 ở môi trường pH 7,7 trong thời gian
42,21 phút thì hiệu suất hấp phụ đạt 97,04%, khi sử dụng 91 mg vật liệu BP@Fe3O4
ở môi trường pH 7,4 trong thời gian 128,4 phút thì hiệu suất hấp phụ đạt 98,87%. Với
các điều kiện, thông số đã được tối ưu, MB được hấp phụ và xác định bằng phương

ii


pháp quang phổ hấp thu phân tử UV-VIS. Đường chuẩn đã được xây dựng với nồng
đợ của MB tuyến tính trong khoảng 0,05 ÷ 15 mg/L với giới hạn phát hiện và giới
hạn định lượng của phương pháp lần lượt là 0,016 mg/L và 0,049 mg/L. Độ lặp lại ở
3 mức nồng độ 0,5 mg/L; 1,0 mg/L; 2,5 mg/L lần lượt là 8,81 %; 7,94%; 6,92%. Độ
tái lặp đã được thực hiện ở hai ngày khác nhau ở 3 mức nồng độ tương ứng ở trên lần
lượt là 5,49%; 5,09%; 4,89%. Hiệu suất thu hồi của phương pháp trong khoảng 87,10
÷ 99,90%. Phương pháp đã nghiên cứu được áp dụng để phân tích hàm lượng MB có
trong các mẫu nước.
Phương pháp đã nghiên cứu được áp dụng để phân tích và đánh giá hiệu suất hấp phụ
của vật liệu trong các mẫu nước trong khu vực Nam Bộ.

iii


ABSTRACT

In this study, all the adsorbents DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4, DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4
were synthesized from raw materials derived from agricultural residues (dried under
sunlight and dried at 80oC) with a mixture of two iron oxides Fe3+ and Fe2+ with a
ratio of 2:1 solution NaOH (pH 11). The results of surface analysis through SEM
method have shown that the materials are all granular with sizes ranging from 30 to
50 nm, on the surface of the material there are many pores, creating favorable
conditions for the adsorption of methylene blue. The results of analysis by Fourier
transform infrared spectroscopy showed that the binding of methylene blue molecules
mainly through the functional groups – CO, – OH and the peaks in the fingerprint
region are Fe – O bonds, which shows that the materials have been successfully
attached to Fe3O4 nanoparticles. The XRD analysis results showed the crystal state of
the material and the characteristic peaks of Fe3O4. The results of BET surface area
analysis through the N2 adsorption – desorption isotherm method showed that
DFP@Fe3O4 has the largest specific surface area among the four materials mentioned
in this study. Specifically, the specific surface areas of DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4,
DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4 are 3.95; 1.32; 3.66; 5.63 m2/g, the pore volume of
DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4, DP@Fe3O4 và BP@Fe3O4 is 0.002; 0.005; 0.533; 0.679
cm3/g. The maximum adsorption capacity of DFP@Fe3O4, PP@Fe3O4, DP@Fe3O4
và BP@Fe3O4 is 268.64 mg/g, respectively; 44.73 mg/g; 60.13 mg/g; 205.69 mg/g.
The optimal conditions for the adsorption process such as pH, material mass and
adsorption time were investigated in turn to achieve the highest adsorption efficiency.
Research results have shown that, when using 27 mg of DFP@Fe3O4 material at pH
6.5 environment for 90.97 minutes, the adsorption efficiency reached 95.81%, when
using 91 mg of PP@Fe3O4 material at pH 5.9 environment for 95.32 minutes, the
adsorption efficiency reached 97.74%, when using 184 mg of DP@Fe3O4 material at
pH 7.7 environment for 42.21 minnutes, the adsorption efficiency reached 42.4% at
pH 797. when using 91 mg of BP@Fe3O4 material at pH 7.4 for 128.4 minutes, the
adsorption efficiency reached 98.87%. With optimized conditions and parameters,

iv



MB was adsorbed and determined by UV – VIS molecular absorption spectroscopy.
Calibration curves were constructed with concentrations of linear MB in the range of
0.05 ÷ 15 mg/L with the method limits of detection and quantification of 0.016 mg/L
and 0.049 mg/L, respectively. Repeatability at 3 concentrations of 0.5 mg/L; 1.0
mg/L; 2.5 mg/L is 8.81%, respectively; 7.94%; 6.92%. The reproducibility was
performed on two different days at the three concentrations above, respectively, at
5.49%; 5.09%; 4.89%. The recovery efficiency of the method is in the range of 87.10
÷ 99.90%. The studied method is applied to analyze the MB content in water samples.
The studied method is applied to analyze and evaluate the adsorption performance of
materials in water samples in the Southern region.

v


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình khoa học nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của TS. Trần Thị Thanh Thúy. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
hoàn toàn trung thực và chính xác.
Học viên

Hồng Anh Thi

vi


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .............................................................................ii

ABSTRACT ............................................................................................................... iv
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ x
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................ xv
DANH MỤC VIẾT TẮT ........................................................................................xvii
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt vấn đề ...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .............................................................2
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.....................................................................................2
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ................................................................ 4
1.1 Tổng quan..............................................................................................................4
1.1.1 Phế phẩm nông nghiệp ....................................................................................... 4
1.1.2 Đối tượng nghiên cứu......................................................................................... 7
1.1.3 Quá trình hấp phụ ............................................................................................. 10
1.1.4 Phương pháp quang phổ hấp thu phân tử UV – VIS ....................................... 10
1.1.5 Phương pháp xác định giá trị COD .................................................................. 11
1.1.6 Quy hoạch thực nghiệm ................................................................................... 12
1.2 Tình hình nghiên cứu ở Thế giới và Việt Nam về việc tổng hợp vật liệu từ phế
phẩm nông nghiệp và ứng dụng hấp phụ chất màu hữu cơ. .....................................13
1.2.1 Các nghiên cứu trên thế giới ............................................................................ 13
1.2.2 Các nghiên cứu tại Việt Nam ........................................................................... 18
CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM ................................................................................. 19
2.1 Thiết bị, dụng cụ và hóa chất ..............................................................................19
2.1.1 Thiết bị, dụng cụ .............................................................................................. 19

vii



2.1.2 Hóa chất ........................................................................................................... 19
2.2 Khảo sát các điều kiện tối ưu phân tích MB bằng phương pháp UV – VIS .......19
2.2.1 Khảo sát bước sóng tối ưu................................................................................ 19
2.2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính của phương pháp ................................................. 20
2.2.3 Khảo sát giới hạn phát hiện MDL và giới hạn định lượng MQL .................... 20
2.2.4 Độ chụm ........................................................................................................... 21
2.2.5 Độ đúng ............................................................................................................ 21
2.3 Tổng hợp vật liệu ................................................................................................22
2.3.1 Chuẩn bị vật liệu từ vỏ trái cây ........................................................................ 22
2.3.2 Tổng hợp vật liệu từ tính từ vỏ trái cây............................................................ 22
2.4 Phân tích tính chất của vật liệu ...........................................................................23
2.5 Khảo sát quy trình hấp phụ MB bằng vật liệu theo quy hoạch thực nghiệm ......23
2.5.1 Khảo sát tác động của từng nhân tố đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu .......... 23
2.5.2 Khảo sát tác động đồng thời các nhân tố đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu .. 25
2.5.3 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất giải hấp phụ của vật liệu............... 26
2.5.4 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ............................................................................. 27
2.6 Đánh giá khả năng xử lý chất màu hữu cơ trong mẫu nước ...............................27
2.6.1 Xác định chính xác nồng độ FAS .................................................................... 27
2.6.2 Ứng dụng đánh giá khả năng xử lý chất màu hữu cơ trong mẫu nước của vật
liệu ............................................................................................................................. 27
2.7 Khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu .........................................................28
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 29
3.1 Điều kiện tối ưu phân tích MB bằng phương pháp UV – VIS ...........................29
3.1.1 Phổ hấp thu của methylene blue ...................................................................... 29
3.1.2 Khoảng tuyến tính và đường chuẩn ................................................................. 29
3.1.3 Giới hạn phát hiện MDL và giới hạn định lượng MQL ................................... 31
3.1.4 Độ chụm ........................................................................................................... 31
3.1.5 Độ đúng ............................................................................................................ 33
3.2 Kết quả tổng hợp vật liệu và phân tích tính chất của vật liệu .............................34
3.2.1 Tổng hợp vật liệu ............................................................................................. 34


viii


3.2.2 Tính chất của vật liệu ....................................................................................... 35
3.3 Các thơng số tối ưu của quy trình xử lý MB .......................................................40
3.3.1 Tác động của từng nhân tố đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu........................ 40
3.3.2 Ảnh hưởng đồng thời nhiều yếu tố đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu ........... 52
3.4 Ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp phụ ...................................................83
3.5 Mơ hình đẳng nhiệt hấp phụ................................................................................86
3.6 Hiệu suất hấp phụ chọn lọc của vật liệu..............................................................92
3.7 Kết quả ứng dụng đánh giá khả năng xử lý chất màu hữu cơ trong mẫu nước ..93
3.8 Khả năng tái sử dụng của vật liệu .......................................................................96
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................... 98
1. Kết luận ...................................................................................................................98
2. Kiến nghị.................................................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 100
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 106
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ....................................................... 108

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Hợp chất tự nhiên có trong cây ngơ .............................................................4
Bảng 1.2 Thành phần chính trong rơm, rạ và vỏ trấu .................................................5
Bảng 1.3 Các hợp chất chính trong xơ mía .................................................................5
Bảng 1.4 Thành phần chính có trong bã cà phê và vỏ cà phê .....................................5
Bảng 1.5 Hợp chất tự nhiên có trong bã chè ...............................................................6
Bảng 1.6 Thành phần có trong vỏ dừa ........................................................................6

Bảng 1.7 Thành phần chính trong vỏ của một số loại trái cây ....................................7
Bảng 2.1 Khảo sát bước sóng tối ưu .........................................................................19
Bảng 2.2 Khảo sát khoảng tuyến tính .......................................................................20
Bảng 2.3 Xây dựng đường chuẩn ..............................................................................20
Bảng 2.4 Khảo sát ảnh hưởng của pH .......................................................................24
Bảng 2.5 Khảo sát ảnh hưởng của lượng chất hấp phụ .............................................24
Bảng 2.6 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian .............................................................25
Bảng 2.7 Thiết kế thực nghiệm ảnh hưởng của từng nhân tố ...................................25
Bảng 2.8 Ma trận thực nghiệm theo mơ hình Box – Behnken với ba nhân tố..........26
Bảng 2.9 Khảo sát ảnh hưởng của pH đến hiệu suất giải hấp phụ ............................26
Bảng 3.1 Kết quả khoảng tuyến tính trong ba ngày khác nhau ................................29
Bảng 3.2 Kết quả xây dựng đường chuẩn ................................................................30
Bảng 3.3 Kết quả MDLvà MQL của phương pháp ..................................................31
Bảng 3.4 Kết quả độ lặp lại của phương pháp ..........................................................32
Bảng 3.5 Kết quả độ tái lặp của phương pháp trong hai ngày khác nhau.................33
Bảng 3.6 Kết quả độ đúng của phương pháp ............................................................34
Bảng 3.7 Kết quả diện tích bề mặt của vật liệu.........................................................39

x


Bảng 3.8 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của DFP và DFP@Fe3O4
...................................................................................................................................41
Bảng 3.9 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của PP và PP@Fe3O4 .42
Bảng 3.10 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của DP và DP@Fe3O4
...................................................................................................................................42
Bảng 3.11 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của BP và BP@Fe3O4
...................................................................................................................................42
Bảng 3.12 Kết quả ảnh hưởng của khối lượng đối với DFP và DFP@Fe3O4 ..........44
Bảng 3.13 Kết quả ảnh hưởng của khối lượng đối với PP và PP@Fe3O4 ................45

Bảng 3.14 Kết quả ảnh hưởng của khối lượng đối với DP và DP@Fe3O4 ...............45
Bảng 3.15 Kết quả ảnh hưởng của khối lượng đối với BP và BP@Fe3O4 ...............46
Bảng 3.16 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của DFP và
DFP@Fe3O4 ..............................................................................................................48
Bảng 3.17 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của PP và
PP@Fe3O4 .................................................................................................................48
Bảng 3.18 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của DP và

Bảng 3.19 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của BP và
BP@Fe3O4 .................................................................................................................49
Bảng 3.20 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất hấp phụ của DFP và
DFP@Fe3O4 ..............................................................................................................50
Bảng 3.21 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất hấp phụ của PP và
PP@Fe3O4 .................................................................................................................51
Bảng 3.22 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất hấp phụ của DP và

Bảng 3.23 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất hấp phụ của BP và
BP@Fe3O4 .................................................................................................................51
xi


Bảng 3.24 Khoảng biến thiên phù hợp thí nghiệm ...................................................52
Bảng 3.25 Các mức thực nghiệm được triển khai.....................................................53
Bảng 3.26 Kết quả thí nghiệm hấp phụ MB theo mơ hình Box – Behnken .............54
Bảng 3.27 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của DFP......55
Bảng 3.28 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của DFP@Fe3O4
...................................................................................................................................56
Bảng 3.29 Kết quả phân tích sự phù hợp của mơ hình với thực nghiệm ..................57
Bảng 3.30 Kết quả thí nghiệm hấp phụ MB theo mơ hình Box – Behnken .............61
Bảng 3.31 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của PP ........62

Bảng 3.32 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của PP@Fe3O4
...................................................................................................................................63
Bảng 3.33 Kết quả phân tích sự phù hợp của mơ hình với thực nghiệm ..................64
Bảng 3.34 Kết quả thí nghiệm hấp phụ MB theo mơ hình Box – Behnken .............68
Bảng 3.35 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của DP ........69
Bảng 3.36 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của DP@Fe3O4
...................................................................................................................................70
Bảng 3.37 Kết quả phân tích sự phù hợp của mơ hình với thực nghiệm ..................71
Bảng 3.38 Kết quả thí nghiệm hấp phụ MB theo mơ hình Box – Behnken .............75
Bảng 3.39 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của BP ........76
Bảng 3.40 Kết quả phân tích ANOVA đối với quy trình hấp phụ MB của BP@Fe3O4
...................................................................................................................................77
Bảng 3.41 Kết quả phân tích sự phù hợp của mơ hình với thực nghiệm ..................78
Bảng 3.42 Các thông số tối ưu phù hợp cho quá trình hấp phụ MB.........................82
Bảng 3.43 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp phụ của DFP và
DFP@Fe3O4 ..............................................................................................................83
xii


Bảng 3.44 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp của PP và PP@Fe3O4
...................................................................................................................................84
Bảng 3.45 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp của DP và DP@Fe3O4
...................................................................................................................................84
Bảng 3.46 Kết quả ảnh hưởng của pH đến quá trình giải hấp của BP và BP@Fe3O4
...................................................................................................................................84
Bảng 3.47 Dữ liệu thu được từ thí nghiệm xây dựng mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và
Freundlich của vật liệu được chuẩn bị từ vỏ thanh long ...........................................86
Bảng 3.48 Dữ liệu thu được từ thí nghiệm xây dựng mơ hình đăng nhiệt Langmuir và
Freundlich của vật liệu được chuẩn bị từ vỏ bưởi ....................................................87
Bảng 3.49 Dữ liệu thu được từ thí nghiệm xây dựng mơ hình đăng nhiệt Langmuir và

Freundlich của vật liệu được chuẩn bị từ vỏ sầu riêng .............................................88
Bảng 3.50 Dữ liệu thu được từ thí nghiệm xây dựng mơ hình đăng nhiệt Langmuir và
Freundlich của vật liệu được chuẩn bị từ vỏ chuối ...................................................89
Bảng 3.51 Các thông số của mơ hình đăng nhiệt Langmuir và Fruendlich ..............90
Bảng 3.52 So sánh hiệu suất hấp phụ của các chất hấp phụ đã điều chế với các chất
hấp phụ tương tự được sử dụng để hấp phụ MB.......................................................92
Bảng 3.53 Hiệu quả xử lý ô nhiễm hữu cơ của DFP và DFP@Fe3O4 đối với mẫu nước
thông qua giá trị COD ...............................................................................................94
Bảng 3.54 Hiệu quả xử lý ô nhiễm hữu cơ của PP và PP@Fe3O4 đối với mẫu nước
thông qua giá trị COD ...............................................................................................94
Bảng 3.55 Hiệu quả xử lý ô nhiễm hữu cơ của DP và DP@Fe3O4 đối với mẫu nước
thông qua giá trị COD ...............................................................................................95
Bảng 3.56 Hiệu quả xử lý ô nhiễm hữu cơ của BP và BP@Fe3O4 đối với mẫu nước
thông qua giá trị COD ...............................................................................................95
Bảng 3.57 Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của DFP và DFP@Fe3O4 ......96
Bảng 3.58 Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của PP và PP@Fe3O4 ............96
xiii


Bảng 3.59 Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của DP và DP@Fe3O4 ...........97
Bảng 3.60 Kết quả nghiên cứu khả năng tái sử dụng của BP và BP@Fe3O4 ...........97

xiv


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cơng thức cấu tạo của Methylene Blue .......................................................7
Hình 1.2 Cơng thức cấu tạo của Malachite Green ......................................................8
Hình 1.3 Cơng thức cấu tạo của Crystal Violet ..........................................................8
Hình 1.4 Cơng thức cấu tạo của Brilliant Green .........................................................9

Hình 1.5 Cơng thức cấu tạo của Rhodamin B .............................................................9
Hình 1.8 Nguyên tắc của phương pháp UV – VIS ...................................................10
Hình 2.1 Sơ đồ chuẩn bị vật liệu thô từ vỏ trái cây ..................................................22
Hình 2.2 Sơ đồ tổng hợp vật liệu từ tính từ vỏ trái cây ............................................22
Hình 3.1 Phổ hấp thu của MB ...................................................................................29
Hình 3.2 Đồ thị của (a) Khoảng làm việc của phương pháp; (b) Khoảng tuyến tính
của phương pháp .......................................................................................................30
Hình 3.3 Đường chuẩn của phương pháp .................................................................30
Hình 3.4 Các vật liệu từ tính đã được tổng hợp ........................................................34
Hình 3.5 Phổ FT-IR của vật liệu ...............................................................................36
Hình 3.6 Giản đồ XRD của các vật liệu từ tính tổng hợp từ vỏ trái .........................37
Hình 3.7 SEM của vật liệu ........................................................................................38
Hình 3.8 Kết quả ảnh hưởng của pH đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu .................43
Hình 3.9 Kết quả ảnh hưởng của khối lượng đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu.....46
Hình 3.10 Kết quả ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu ......50
Hình 3.11 Kết quả ảnh hưởng của tốc độ lắc đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu ....52
Hình 3.12 (a), (b) Hiệu suất hấp phụ MB từ số liệu thực nghiệm và dự đoán của DFP
và DFP@Fe3O4; (c), (d) Lần lượt biễu diễn sự tác động đồng thời của cả 3 yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình hấp phụ của DFP và DFP@Fe3O4 ...........................................58
xv


Hình 3.13 Ảnh hưởng đồng thời của (a), (b) pH và khối lượng vật liệu của DFP và
DFP@Fe3O4; (c), (d) pH và thời gian hấp phụ của DFP và DFP@Fe3O4; (e), (f) khối
lượng và thời gian hấp phụ của DFP và DFP@Fe3O4 ..............................................60
Hình 3.14 (a), (b) hiệu suất hấp phụ MB từ số liệu thực nghiệm và dự đoán của PP và
PP@Fe3O4; (c), (d) lần lượt biễu diễn sự tác động đồng thời của cả 3 yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình hấp phụ của PP và PP@Fe3O4 ............................................................65
Hình 3.15 Ảnh hưởng đồng thời của (a), (b) pH và khối lượng vật liệu của PP và
PP@Fe3O4; (c), (d) pH và thời gian hấp phụ của PP và PP@Fe3O4; (e), (f) khối lượng

và thời gian hấp phụ của PP và PP@Fe3O4 ..............................................................67
Hình 3.16 (a), (b) hiệu suất hấp phụ MB từ số liệu thực nghiệm và dự đoán của DP
và DP@Fe3O4; (c), (d) lần lượt biễu diễn sự tác động đồng thời của cả 3 yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình hấp phụ của DP và DP@Fe3O4 ................................................72
Hình 3.17 Ảnh hưởng đồng thời của (a), (b) pH và khối lượng vật liệu của DP và
DP@Fe3O4; (c), (d) pH và thời gian hấp phụ của DP và DP@Fe3O4; (e), (f) khối
lượng và thời gian hấp phụ của DP và DP@Fe3O4 ...................................................74
Hình 3.18 (a), (b) hiệu suất hấp phụ MB từ số liệu thực nghiệm và dự đoán của BP
và BP@Fe3O4; (c), (d) lần lượt biễu diễn sự tác động đồng thời của cả 3 yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình hấp phụ của BP và BP@Fe3O4 ................................................79
Hình 3.19 Ảnh hưởng đồng thời của (a), (b) pH và khối lượng vật liệu của BP và
BP@Fe3O4; (c), (d) pH và thời gian hấp phụ của BP và BP@Fe3O4; (e), (f) khối lượng
và thời gian hấp phụ của BP và
Hình 3.20 Kết quả ảnh hưởng của pH đến khả năng giải hấp của vật liệu ...............85
Hình 3.21 Kết quả mơ hình đẳng nhiệt Langmuir của vật liệu từ vỏ trái cây ...........91
Hình 3.22 Kết quả mơ hình đẳng nhiệt Freundlich của vật liệu từ vỏ trái cây .........91
Hình 3.23 Phổ hấp thu phân tử của hỗn hợp chất màu sau khi hấp phụ bằng (a)
DFP@Fe3O4; (b) PP@Fe3O4 ; (c) DP@Fe3O4; (d) BP@Fe3O4 ................................93
Hình 3.24 Kết quả khảo sát khả năng tái sử dụng của vật liệu .................................97
xvi


DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt
Official


Hiệp hội các nhà hố phân tích
chính thống

AOAC

Association
of
Analytical Chemists

BET

Brunauer-Emmett-Teller
(BET) surface area analysis

Phương pháp đo diện tích bề mặt
BET

BG

Brilliant Green

-

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV


Crystal Violet

-

FT-IR

Fourier Transform Infrared
Spectroscopy

Phương pháp quang phổ hồng
ngoại biến đổi Fourier

MB

Methylene Blue

Xanh Metylen

MDL

Method Detection Limit

Giới hạn phát hiện của phương
pháp

MG

Malachite Green


Lục Malachit

MQL

Method Quantitation Limit

Giới hạn định lượng của phương
pháp

RhB

Rhodamine B

-

SEM

Scanning Electron Microscope

Phương pháp kính hiển vi điện tử
quét

UV-VIS

Ultraviolet-Visible
Spectroscopy

Phương pháp phổ hấp thu phân tử

XRD


X-Ray Diffraction Analysis

Phương pháp nhiễu xạ tia X

xvii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Ngày nay, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học đã nâng cao mức sống của con
người. Các ngành, các lĩnh vực luôn luôn thay đổi theo chiều hướng đáp ứng đầy đủ
các nhu cầu của con người từ thực phẩm, công nghiệp dệt nhuộm, dược phẩm,… Bên
cạnh những lợi ích lớn ln ln tiềm ẩn những mối nguy hại đối với môi trường
sống. Ngành may mặc, dệt nhuộm, mỹ phẩm, thực phẩm,… là các lĩnh vực sử dụng
nhiều chất màu hữu cơ, đây cũng là những nhóm ngành thải ra chất thải nguy hại
trong môi trường nước dẫn đến pH, TSS, COD, BOD… vượt quá ngưỡng cho phép.
Việc sử lý các chất màu hữu cơ trong nước đã và đang rất được quan tâm. Nhiều
phương pháp xử lý chất màu đã và đang được áp dụng, trong đó có q trình hấp phụ
sử dụng các chất hấp phụ. Các chất hấp phụ là các phế phẩm từ q trình sản x́t
nơng nghiệp đã được nghiên cứu nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong việc
xử lý chất thải hữu cơ nguy hại cho mơi trường. Để góp phần ứng dụng ngun liệu
phế phẩm nông nghiệp làm chất hấp phụ vào thực tiễn, nghiên cứu này lựa chọn các
loại vỏ trái cây bao gồm vỏ thanh long, vỏ chuối, vỏ sầu riêng và vỏ bưởi để tổng hợp
vật liệu hấp phụ kết hợp nano Fe3O4 để hấp phụ thuốc nhuộm methylene blue và đánh
giá khả năng xử lý chất màu trong nước.
Vì lý do đó, đề tài: “Tổng hợp vật liệu từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp Fe3O4 ứng
dụng hấp phụ methylene blue và loại bỏ chất màu hữu cơ trong mẫu nước” đã được
chúng tôi xem xét chọn lựa.
2. Mục tiêu nghiên cứu

– Nghiên cứu dùng phế phẩm nông nghiệp kết hợp Fe3O4 xử lý MB trong mẫu nước.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
– Chất hấp phụ từ phế phẩm nông nghiệp kết hợp Fe3O4.

1


– Thuốc nhuộm MB.
– Mẫu nước.
3.2. Phạm vi đề tài
– Tối ưu hóa quy trình xác định MB thơng qua phương pháp quang phổ UV – VIS.
– Chuẩn bị vật liệu và xác định tính chất của vật liệu từ vỏ trái cây kết hợp Fe3O4.
– Tối ưu hóa quy trình hấp phụ MB.
– Ứng dụng vật liệu để đánh giá hiệu năng xử lý chất màu hữu cơ trong mẫu nước.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
– Tổng hợp các đề tài nghiên cứu của các tác giả tại Việt Nam và các nước trên thế
giới liên quan đến nội dung đề tài.
– Chuẩn bị vật liệu từ tính từ vỏ trái cây kết hợp Fe3O4 ở điều kiện phịng thí nghiệm.
Tiến hành kiểm tra các tính chất, cấu trúc của vật liệu bằng FT – IR, XRD, SEM,
BET. Vật liệu được ứng dụng trong việc hấp phụ MB, MB được xác định bằng
phương pháp UV–VIS. Đánh giá khả năng xử lý chất màu trong nước thông qua giá
trị COD, COD được xác định bằng phương pháp chuẩn đợ thể tích.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Xuất phát từ những tác động tiêu cực mà MB gây ra với hệ sinh thái dưới nước lẫn
trên cạn nên việc xử lý MB rất cần được chú ý. Do đó, nhiều đề tài nghiên cứu được
thực hiện nhằm tìm ra các giải pháp xử lý, loại bỏ thuốc nḥm bằng các vật liệu có
từ tính được chuẩn bị từ vỏ trái cây có thể sử dụng được nhiều lần và đặc biệt là không
thải ra môi trường bên ngồi thêm bất cứ mợt tác nhân gây hại nào. Điều này ngồi ý
nghĩa về kinh tế cịn có ý nghĩa trong việc chung tay góp phần bảo vệ mơi trường. Từ

đó, chúng tơi mong muốn tổng hợp vật liệu hấp phụ từ vỏ thanh long, vỏ chuối, vỏ
sầu riêng, vỏ bưởi. Vật liệu được ứng dụng để hấp phụ xử lý MB, đồng thời đánh giá
hiệu quả xử lý chất màu hữu cơ trong mẫu nước.

2


CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1 Tổng quan
1.1.1 Phế phẩm nơng nghiệp
Về thành phần, các phế phẩm nơng nghiệp nói chung bao gồm ba thành phần chính
cellulose, hemicellulose và lignin [1, 2].
Phế phẩm nông nghiệp hiện nay đang là đối tượng đang được lựa chọn để nghiên cứu,
phát triển tổng hợp thành vật liệu hấp phụ có hiệu quả kinh tế.
1.1.1.1 Phế phẩm từ cây ngô
Bắp (ngô) sau mỗi vụ mùa sẽ thải ra lõi và thân ngô và chúng được tận dùng làm thức
ăn chăn nuôi hoặc nhiên liệu dùng trong gia đình. Mợt vài nghiên cứu đã được báo
cáo về việc khai thác nguyên liệu sinh khối này để tổng hợp thành vật liệu hấp phụ
tiềm năng xử lý nước dựa trên thành phần và cấu trúc của chúng. Thành phần của lõi
ngô được thể hiện trong Bảng 1.1.
Bảng 1.1 Hợp chất tự nhiên có trong cây ngơ [3, 4]
Thành phần

Tỉ lệ % về khối lượng
Thân ngô

Lõi ngô

Vỏ ngơ


Cellulose

35,00 ÷ 39,60

33,68 ÷ 41,2

31,02 ÷ 39,00

Hemicellulose

16,79 ÷ 35,01

31,89 ÷ 36,0

34,00 ÷ 41,00

Lignin

7,02 ÷ 18,42

6,10 ÷ 15,92

2,00 ÷ 14,00

1.1.1.2 Phế phẩm từ lúa gạo
Nước ta có thế mạnh về nơng nghiệp lúa gạo, các sản phẩm phế phẩm sau khi thu
hoạch lúa gồm rơm, rạ và vỏ trấu,… Nguồn nguyên liệu dồi dào này được sử dụng
làm thức ăn chăn ni, phân bón, …và vật liệu hấp phụ xử lý nước mang ý nghĩa thực
tiễn và hiệu quả cao kinh tế. Tùy theo khí hậu từng vùng miền, tùy theo từng giống
lúa, vụ mùa canh tác mà thành phần của phế phẩm từ lúa gạo sẽ khác nhau. Các thành

phần của phế phẩm từ lúa gạo được liệt kê trong Bảng 1.2.
4


Bảng 1.2 Thành phần chính trong rơm, rạ và vỏ trấu [5]
Thành phần
Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Tro

Tỉ lệ % về khối lượng
Rơm, rạ
Vỏ trấu
37,65 ± 0,04
38,57 ± 0,51
31,82 ± 0,72
21,30 ± 0,21
6,18 ± 0,02
21,10 ± 0,07
8,79 ± 0,09
12,57 ± 0,41

1.1.1.3 Phế phẩm từ mía
Theo thống kê năm 2021 từ VSSA, lượng mía dùng làm để sản xuất đạt khoảng sáu
triệu tấn. Phần lớn, lượng phế phẩm từ mía (bã mía) thường được làm nhiên liệu trong
sản xuất cho một số ngành nghề khác. Trung bình bã mía chứa khoảng 49% nước,
48% xơ (trong đó khoảng 45 – 55% cellulose) và 2,50% đường. Thành phần tính theo
phần trăm khối lượng được tóm tắt như Bảng 1.3.
Bảng 1.3 Các hợp chất chính trong xơ mía [6]

Thành phần

Tỉ lệ % về khối lượng

Cellulose
Hemicellulose
Lignin

46,00
27,00
23,00

1.1.1.4 Phế phẩm từ cà phê
Cà phê là loại cây vùng nhiệt đới thuộc họ Thiến thảo (Rubiaceae). Báo cáo tháng 11
năm 2021 của Tổ chức ICO cho thấy lượng cà phê được sử dụng trên tồn cầu trong
năm 2020 ÷ 2021 ước tính lên 167,70 triệu tấn. Phế phẩm từ cà phê phần lớn là vỏ và
bã cà phê được xử lý để làm phân bón, năng lượng sinh học, chất hấp phụ,… để hạn
chế được lượng chất thải ra môi trường. Thành phần tính theo phần trăm khối lượng
được tóm tắt như Bảng 1.4.
Bảng 1.4 Thành phần chính có trong bã cà phê và vỏ cà phê [7]
Thành phần
Cellulose
Hemicellulose
Lignin

Hàm lượng (g/100g nguyên liệu khô)
Bã cà phê
Vỏ lụa
12,40 ± 0,79
23,77 ± 0,09

39,10 ± 1,94
16,68 ± 1,30
23,90 ± 1,70
28,58 ± 0,46
5


1.1.1.5 Phế phẩm từ chè
Phế phẩm từ chè bao gồm thân chè, bã chè được thải ra từ các cơ sở sản xuất nước
giải khát sau quá trình pha chế [8]. Phế phẩm từ chè rất giàu lignin, cellulose,
hemicellulose, theanin, protein, polyphenol, polysaccharid chè, cafein, sắc tố chè,
saponin chè, vitamin [9]. Các hợp chất tự nhiên có trong bã chè được trình bày trong
Bảng 1.5.
Bảng 1.5 Hợp chất tự nhiên có trong bã chè [10]
Thành phần

Tỉ lệ % về khối lượng

Cellulose

40,00

Hemicellulose

30,20

Lignin

19,90


1.1.1.6 Phế phẩm từ dừa
Vỏ dừa sau khi xử lý sẽ bao gồm lõi dừa, xơ dừa và mụn dừa. Trước đây, sau quá
trình khai thác dừa, vỏ dừa được coi là phần thừa gây ô nhiễm môi trường [11]. Tuy
nhiên, thời gian gần đây, chúng được xử lý để phục vụ cho các lĩnh vực về trồng trọt,
chăn nuôi và cả môi trường. Phế phẩm từ dừa được nghiên cứu đóng góp vào sự đa
dạng hóa các chất hấp phụ xử lý nước bởi các tính chất vượt trợi về cấu trúc và thành
phần của chúng. Thành phần tính theo phần trăm khối lượng chất có trong vỏ dừa
được tóm tắt như Bảng 1.6
Bảng 1.6 Thành phần có trong vỏ dừa [12]
Thành phần

Tỉ lệ % khối lượng
43,44
0,25
45,84
3,00
2,22

Cellulose
Hemicellulose
Lignin
Pection và các hợp chất liên quan
Tro
1.1.1.7 Phế phẩm từ vỏ trái cây

Vỏ trái cây chứa cellulose, hemicellulose, lignin, lipid, protein, đường, tinh bột,
polysaccharid và sắc tố. Các thành phần này chứa các nhóm chức khác nhau như
6