ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

DƯƠNG THỊ THU HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP Cr 2 O 3 /SBA-15
VÀ ỨNG DỤNG HẤP PHỤ MỘT SỐ CHẤT MÀU
HỮU CƠ Ô NHIỄM TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chuyên ngành: Hóa hữu cơ
Mã số: 60 44 01 14

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÓA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2017


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐINH VĂN TẠC

Phản biện 1: TS. Nguyễn Đình Anh
Phản biện 2: TS. Bùi Xuân Mẫn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ hóa học họp tại Trường Đại học Sư Pham - Đại
học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 9 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng;
- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ô nhiễm môi trường đang ảnh hưởng xấu và ngày càng nghiêm
trọng đến đời sống của con người ở mức độ toàn cầu. Chất gây ô
nhiễm môi trường chủ yếu được sinh ra từ các hoạt động sản xuất
công nghiệp và sinh hoạt của con người. Trong số các nguồn gây ra ô
nhiễm, nước thải từ các nhà máy sản xuất công nghiệp được xem là
nguồn ô nhiễm đáng lưu ý nhất. Trong đó, các hợp chất hữu cơ như
phenol, xanh metylen, alizarin red S thuộc loại phổ biến trong nước
thải công nghiệp.Các hợp chất này có độc tính cao đối với con người
và động vật, những hợp chất này khó phân hủy trong tự nhiên. Vì
vậy, việc nghiên cứu xử lý và tách loại các hợp chất hữu cơ độc hại
trong môi trường nước là việc làm quan trọng và cấp thiết. Để giải
quyết vấn đề này thì cần các phương pháp riêng biệt đối với các chất
cụ thể, hiện nay trên thế giới đã có nhiều kỹ thuật được áp dụng như:
bay hơi, điện động học, loại bằng sinh học, hấp phụ,….Tuy nhiên,
phương pháp hấp phụ được nghiên cứu rộng rãi do giá thành thấp, dễ
tiến hành và có tính khả thi.
Các vật liệu hấp phụ bao gồm các khoáng chất vô cơ: đất sét,
đá ong, zeolite, diatomite; các chất hữu cơ : chitin/chitosan, alginate;
các oxit vô cơ: nano oxit sắt, nano oxit silic, nano oxit đồng, nano
oxit crom, …Các nghiên cứu về tìm kiếm, tổng hợp chất hấp phụ để
xử lý các chất hữu cơ nói chung và phẩm nhuộm nói riêng đã và đang
được nghiên cứu nhiều cả trong và ngoài nước.
Vật liệu mao quản trung bình trật tự (MQTBTT) có diện tích

bề mặt lớn và kích thước mao quản rộng, đồng nhất, hứa hẹn nhiều
tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực hấp phụ và xúc tác. Một đại diện


2
trong số đó là vật liệu SBA-15, có cấu trúc lục lăng với độ trật tự cao,
dễ tổng hợp, kích thích mao quản có thể thay đổi được, tường mao
quản dày đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Mao
quản rộng cho phép những phân tử cồng kềnh dễ dàng khuếch tán
vào bên trong và tiếp xúc với các tâm hoạt động, đã làm cho SBA-15
có nhiều lợi thế hơn so với vật liệu vi mao quản trong trường hợp đối
tượng là các phân tử lớn. SBA- 15 thường là các oxit silic có bề mặt
ít hoạt động. Vì thế, để hoạt hóa bề mặt đã có nhiều công trình đưa
các kim loại và oxit kim loại vào mạng [2], [3] hay gắn các nhóm
chức năng lên bề mặt đã mang lại nhiều triển vọng trong kỹ thuật hấp
phụ [11], [14].
Việc nghiên cứu biến tính vật liệu MQTBTT nói chung và
SBA-15 nói riêng là một hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học
quan tâm trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam, hướng nghiên cứu
này vẫn còn rất hạn chế.
Trên cơ sở đánh giá, phân tích những công trình nghiên cứu có
liên quan, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp Cr2O3/SBA15 và ứng dụng hấp phụ một số hợp chất màu hữu cơ ô nhiễm
trong môi trường nước”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp SBA-15 nung và đưa Cr2O3 lên SBA-15;
- Khảo sát khả năng hấp phụ của các vật liệu trên xanh
methylen, alizarin red S trong môi trường nước.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Nguyên liệu tetraethoxysilane (TEOS), poly(ethylene oxide) poly(propylene oxide) - poly(ethylene oxide): P123, xanh metylen,

alizarin Red S, muối Crom (III) nitrat.


3
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu cách điều chế SBA-15 và nCr2O3–SBA-15;
- Nghiên cứu ứng dụng của SBA-15 và nCr2O3–SBA-15.
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
Thu thập, tổng hợp, các tài liệu trong và ngoài nước, thông tin liên
quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài để tổng quan tình hình nghiên
cứu, từ đó xây dựng ý tưởng nghiên cứu.
4.2. Nghiên cứu thực nghiệm
Phương pháp đo được sử dụng trong đề tài: (XRD), (TEM);
EDX, UV-VIS, IR, phương pháp phân tích nhiệt (TA) và phương
pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2.
5. Bố cục của luận văn
Phần 1. Mở đầu
Phần 2. Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Phần 3. Kết luận và kiến nghị
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH TRẬT TỰ
1.2. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH
1.2.1. Phân loại theo cấu trúc
1.2.2. Phân loại theo thành phần
1.3. MỘT SỐ CƠ CHẾ TẠO THÀNH VẬT LIỆU MQTB

1.3.1. Cơ chế định hướng theo cấu trúc tinh thể lỏng
(Liquyd Crystal Templating)


4
1.3.2. Cơ chế sắp xếp silicat ống (Silicate rod Assembly)
1.3.3. Cơ chế lớp silicat gấp (Silicate Layer puckering)
1.3.4. Cơ chế phù hợp mật độ điện tích (Charge Disnity Matching)
1.3.5. Cơ chế phối hợp tạo cấu trúc (Cooperative Templating)
1.4. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU MAO QUẢN TRUNG BÌNH
SBA-15
1.4.1. Tổng hợp
1.4.2. Sự hình thành SBA-15
1.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng của vật liệu
1.4.4. Biến tính
1.4.5. Ứng dụng của vật liệu mao quản trung bình SBA-15
1.5. GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ
1.5.1. Các khái niệm
1.5.2. Động học hấp phụ
1.5.3. Đẳng nhiệt hấp phụ
1.6. TỔNG QUAN VỀ CROM (III) OXIT
1.6.1. Giới thiệu chung về crom (III) oxit
1.6.2. Cấu tạo của crom (III) oxit
1.6.3. Tính chất hóa học của Crom (III) oxit
1.6.4. Ứng dụng của crom (III) oxit
1.7. MỘT SỐ HỢP CHẤT HỮU CƠ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG
CÁC NGHIÊN CỨU HẤP PHỤ
1.7.1. Xanh metylen (metylene blue-MB)
1.7.2. Alizarin red S (ARS)
1.8. NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VẬT LIỆU

1.8.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
1.8.2. Phương pháp tán sắc năng lượng tia X (Energy-Dispersive
X-ray EDX)


5
1.8.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
1.8.4. Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Ultraviolet-Visible
Spectroscopy, UV-vis)
1.8.5. Phép đo diện tích bề mặt riêng BET
1.8.6. Phương pháp phân tích nhiệt (TA)
1.8.7. Phổ hồng ngoại (IR)
CHƯƠNG 2
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
2.1.1. Hóa chất
2.1.1. Dụng cụ và thiết bị
2.2. TỔNG HỢP VẬT LIỆU
2.2.1. Tổng hợp SBA-15 nung

Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp SBA-15


6
2.2.2. Tổng hợp nCr2O3/SBA-15

Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp vật liệu nCr2O3-SBA-15
2.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU
2.3.1. Hấp phụ xanh metylen
a. Xác định nồng độ xanh metylen

Xanh metylen được xác định bẳng phương pháp phân tích
quang trong vùng UV bằng cách đo trực tiếp, không sử dụng thuốc
thử [15]. Đầu tiên, một dung dịch xanh metylen trong nước được đo
phổ UV-Vis để xác định pic có mật độ quang lớn. Sau đó, chúng tôi
chọn pic đó để xây dựng đường chuẩn và định lượng. Pic được chúng
tôi chọn ở đây có bước sóng 664 nm.
Dựa vào phổ này, sự phụ thuộc của mật độ quang ở bước sóng
664 nm vào nồng độ xanh metylen được trình bày trong Hình 2.3.
1.2

Abs

1 y = 0,2253x + 0,0081
R² = 0,9998
0.8

0.6
0.4
0.2

0
0

1

2 Nồng 3độ (mg/l)4

5

6


Hình 2.3. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ xanh metylen
ở bước sóng 664 nm


7
b. Hấp phụ xanh metylen

c. Ảnh hưởng của thời gian thời gian và nồng độ xanh metylen
d. Ảnh hưởng của pH
2.3.2. Tiến hành hấp phụ alizarin red S
a. Xác định nồng độ alizarin red S
Alizarin red S được xác định bằng phương pháp phân tích
quang trong vùng UV bằng cách đo trực tiếp, không sử dụng thuốc
thử [12]. Đầu tiên, một dung dịch alizarin red S trong nước được đo
phổ UV- Vis để xác định pic có mật độ quang lớn. Sau đó, chúng tôi
chọn pic đó để xây dựng đường chuẩn và định lượng. Pic được chúng
tôi chọn ở đây có bước sóng 423 nm.
Các dung dịch này lần lượt đo phổ UV-Vis, sau đó xây dựng
đồ thị của sự phụ thuộc mật độ quang vào nồng độ của alizarin red S.
1.4
y = 0,0124x + 0,0173
R² = 0,9995

1.2

AbS

1
0.8

0.6
0.4
0.2
0

0

20

40
60
80
Nồng độ (mg/l)

100

120

Hình 2.4. Sự phụ thuộc của mật độ quang vào nồng độ alizarin red S
ở bước sóng 423 nm


8
b. Hấp phụ alizarin red S
c. Ảnh hưởng của thời gian và nồng độ alizarin red S
d. Ảnh hưởng của pH
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. TỔNG HỢP VẬT LIỆU HẤP PHỤ
3.1.1. Tổng hợp SBA-15 nung

Trong luận văn này, SBA-15 được tổng hợp với nguồn cung
cấp silic là TEOS và sử dụng P123 như một chất ĐHCT. Chất rắn
tách ra trong quá trình kết tinh thủy nhiệt có cấu trúc mao quản trung
bình trật tự chứa bên trong nó chất ĐHCT gọi là SBA-15 dạng tổng
hợp, sau khi loại bỏ chất ĐHCT ta thu được SBA-15 như Hình 3.1.

Hình 3.1. Hình ảnh về vật liệu SBA-15 tổng hợp
Để nghiên cứu sự biến đổi cấu trúc của SBA-15 sau khi nung,
ta dùng các phương pháp: nhiễu xạ tia X (XRD), hiển thị điện tử
truyền qua (TEM), EDX, IR, BET.
Sự loại bỏ chất hoạt động bề mặt là bước không thể thiếu được
trong quá trình tổng hợp vật liệu mao quản trung bình. Có nhiều
phương pháp để loại bỏ bỏ hoàn toàn chất hoạt động bề mặt ra khỏi
vật liệu nhưng vẫn phải đảm bảo giữ được cấu trúc của vật liệu ban


9
đầu. Tuy nhiên không phải phương pháp nào cũng tối ưu, trong công
trình này tôi lựa chọn phương pháp nung - một phương pháp thực
hiện dễ dàng và loại bỏ hoàn toàn được chất tạo cấu trúc.
Căn cứ vào đường cong DTA của giản đồ phân tích nhiệt
(Hình 3.2) thì sự cháy bắt đầu ở khoảng 190°C và kết thúc ở khoảng
5000C với sự giảm khối lượng là 35% (đường TG).
Như vậy, khi nung ở 550°C trong 5 giờ thì chất hoạt động bề
mặt đã bị loại bỏ hoàn toàn khỏi cấu trúc silica.

Hình 3.2. Giản đồ phân tích nhiệt của SBA-15
Phổ IR của SBA-15 (Hình 3.3) có các đỉnh hấp thụ giống nhau
đặc trưng cho vật liệu silica. Đỉnh ở khoảng 955 - 960 cm-1 là đặc
trưng cho dao động biến dạng của liên kết Si-OH. Vùng từ 3400 3500 cm-1 tương ứng với dao động hóa trị của SiO-H và -OH của

nước hấp phụ trên đó. Đỉnh dao động ở khoảng 1080 và 800 cm-1 đặc
trưng cho dao động hóa trị đối xứng và phản đối xứng của liên kết OSi-O, đỉnh hấp thụ ở khoảng 460 cm-1 đặc trưng cho dao động biến
dạng Si-O-Si. Đỉnh hấp thụ ở 1640 cm-1 là dao động biến dạng của
liên kết O-H do sự hấp phụ nước lên bề mặt của vật liệu.
Trên phổ IR của mẫu SBA-15 trước khi nung (Hình 3.3), ta
thấy xuất hiện các pic đặc trưng cho liên kết C-H trong -CH3 và CH2- ở 2975 và 2930 cm-1. Còn các đỉnh 1377 và 1455 cm-1 đặc
trưng cho dao động hóa trị đối xứng và phản đối xứng của liên kết C-


10
O-C. Các liên kết này đặc trưng cho cấu trúc của copolime P123
(chất định hướng cấu trúc) vẫn còn nằm trong vật liệu. Sau khi nung
(Hình 3.4), các đỉnh này biến mất, chứng tỏ chất hoạt động bề mặt đã
bị loại bỏ khỏi cấu trúc silica.

Trên giản đồ nhiễu xạ tia X (Hình 3.5) ta thấy mẫu SBA-15
chưa nung có cường độ nhiễu xạ yếu hơn mẫu SBA-15 sau khi nung,
điều này chứng tỏ khi loại bỏ chất hoạt động bề mặt thì cấu trúc của
vật liệu trở nên trật tự hơn.

Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của SBA-15 trước (a) và sau khi
nung (b)
Ngoài ra, khoảng cách mặt phản xạ (d100 = 114,237Å) của mẫu
trước khi nung lớn hơn mẫu sau khi nung (d100 = 108,856Å), chứng
tỏ có sự co thành mao quản.


11
Bằng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM có thể
thấy được cấu trúc của SBA-15. Khi nhìn song song với trục mao quản

(Hình 3.7 a), ta thấy rằng mao quản có kích thước khá đồng đều và cấu
trúc của SBA-15 là dạng lục lăng (tổ hợp của 6 vùng trắng); còn khi nhìn
vuông góc với trục mao quản của vật liệu (Hình 3.7 b), ta thấy kênh mao
quản một chiều nằm song song với nhau rất đồng đều.

Hình 3.7. Ảnh TEM của SBA-15 khi nhìn song song (a) và vuông góc
(b) với trục mao quản
3.1.2. Tổng hợp nCr2O3 – SBA – 15
SBA-15 sau khi tổng hợp được tẩm Cr(NO3)3 sau đó được
nung ở 4400C trong 3 giờ để chuyển hóa thành Cr2O3.Hình 3.8 là kết
quả tổng hợp các vật liệu nCr2O3-SBA15 ứng với các giá trị n=2; 2,7;
5; 8; 11; 14.


12
Nhằm mục đích xác định các nguyên tố có trong vật liệu
nCr2O3 –SBA-15 tôi đã tiến hành khảo sát phổ EDX của một vật liệu
cụ thể là 5Cr2O3 – SBA -15.

Hình 3.9. Phổ EDX của 5Cr2O3 – SBA -15
Kết quả khảo sát thành phần nguyên tố trong mẫu 5Cr2O3 –
SBA -15 bằng phương pháp đo EDX (Hình 3.9) cho thấy mẫu thu
được ta thấy sự xuất hiện của các nguyên tố: Cr, O có trong crom
(III) oxit, nguyên tố Si, O có trong SBA-15. Như vậy, có thể nói
Cr2O3 đã được đưa vào SBA-15.
Đặc trưng nhiễu xạ tia X góc lớn ở hình 3.10 cho thấy không
có sự xuất hiện các pic tương ứng với các tinh thể Cr2O3 có thể các
hạt do hàm lượng và kích thước Cr2O3 quá bé và nằm trong các mao
quản của SBA-15 nên XRD không phát hiện ra. Dải vân kéo dài từ
200C-300C tương ứng với cấu trúc vô định hình của SiO2.


Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X góc lớn của 2Cr2O3 - SBA-15


13
Ngoài ra, tính chất xốp và cấu trúc mao quản của vật liệu
2Cr2O3-SBA-15 còn được nghiên cứu thêm bằng phép đo đẳng nhiệt
hấp phụ và giải hấp phụ nitơ ở 77 K.

Hình 3.11 và Hình 3.12 chỉ ra rằng hình dạng của đường cong
hấp phụ - giải hấp phụ của 2Cr2O3- SBA-15 và 11Cr2O3- SBA-15 thuộc
dạng loại IV theo phân loại của IUPAC chứng tỏ cấu trúc lục lăng
MQTB của các mẫu vẫn được bảo toàn sau quá trình tẩm oxit kim loại
Trong đó, các mẫu có đường hấp phụ- khử hấp phụ N2 (có hai nhánh
hấp phụ và khử hấp phụ đối xứng và gần như song song) đặc trưng cho
vật liệu mao quản trung bình có cấu trúc với độ trật tự cao.
Để khảo sát độ xốp của vật liệu, tôi đã tiến hành đo diện tích
bề mặt riêng bằng phương pháp Brunauer-Emmet-Teller (BET) hấp
phụ khí N2 ở 77K. Dựa vào bảng 3.1 cho thấy khi tăng hàm
lượng,Cr2O3 đã làm giảm diện tích bề mặt riêng của vật liệu, có thể do
Cr2O3 đi vào các mao quản và bít các mao quản.


14
Từ kết quả thu đực trong Bảng 3.1 cho thấy diện tích bề mặt
BET có xu hướng giảm, thể tích mao quản giảm không đáng kể,
ngược lại đường kính mao quản của các vật liệu tương ứng tăng khi
tăng hàm lượng Cr2O3. Diện tích bề mặt riêng (BET) và thể tích mao
quản giảm là do có sự bịt kín lỗ mao quản gây ra bởi các hạt Cr2O3.
Đường kính mao quản tăng là do sự liên kết sâu lượng lớn các dạng

Cr3+ trong mạng lưới SBA-15 gây ra, điều này chứng tỏ hạt Cr2O3 đã
được phân tán thành công bên trong vật liệu mao quản trung bình
SBA-15, nguyên nhân làm căng và biến dạng các mao quản của vật
liệu, tăng đường kính mao quản.
3.2. KẾT QUẢ HẤP PHỤ XANH METYLEN TRONG NƯỚC
3.2.1. Kết quả hấp phụ xanh methylen của SBA15; nCr2O3SBA15
Hình 3.17 biểu diễn sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ của
xanh metylen trên SBA-15n, nCr2O3-SBA-15theo thời gian.

Hình 3.17. Dung lượng hấp phụ phụ xanh metylen theo thời gian trên
SBA-15n, 2Cr2O3-SBA-15, 5Cr2O3-SBA-15, 8Cr2O3-SBA-15, 11Cr2O3
– SBA- 15 và 14Cr2O3 – SBA- 15
Từ đồ thị hình 3.17 ta thấy dung lượng hấp phụ phụ xanh


15
metylen của 11Cr2O3 – SBA- 15 lớn hơn dung lượng hấp phụ xanh
metylen của các vật liệu nCr2O3-SBA-15, SBA-15. Vì vậy mẫu
11Cr2O3 – SBA- được chọn cho các khảo sát tiếp theo.
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ xanh metylen
Dung dịch xanh metylen có nồng độ 80 mg/l được sử dụng để
khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ và kết quả thu được trình bày
ở Hình 3.12.

Hình 3.18. Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian của
11Cr2O3 SBA- 15đối với dung dịch xanh metylen 80 mg/l
Hình 3.18 cho thấy dung lượng hấp phụ của MB tăng nhanh
trong 30 phút đầu, sau đó tăng chậm dần, qua thời điểm sau 60 phút
thì hầu như tăng không đáng kể. Từ 60 đến 150 phút đường biểu diễn
sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ vào thời gian gần như nằm

ngang. Như vậy, sau 150 phút quá trình đạt trạng thái cân bằng. Tuy
nhiên, để đảm bảo quá trình hấp phụ xảy ra hoàn toàn 180 phút được
chọn làm thời gian khảo sát các đại lượng tại thời điểm cân bằng.
3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ xanh metylen
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ ở các nồng độ khác nhau
vào thời gian ở 250C được trình bày trong Hình 3.19. Kết quả cho thấy,
dung lượng hấp phụ tỉ lệ thuận với nồng độ xanh metylen trong dung
dịch, khi tăng nồng độ dung dịch, dung lượng hấp phụ tăng.


16

Hình 3.19. Khả năng hấp phụ xanh methylen của 11Cr2O3 – SBA- 15
ở các nồng độ khác nhau theo các thời gian
3.2.4. Đẳng nhiệt hấp phụ xanh metylen trên 11Cr2O3 –
SBA- 15
Đối với quá trình hấp phụ các chất trong dung dịch trên các chất
hấp phụ rắn, hai mô hình đẳng nhiệt thường được khảo sát đó là đẳng
nhiệt Langmuir và Fruendlich.
Từ các số liệu thu được, vẽ đồ thị dạng tuyến tính của phương
trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich như trình bày trên Hình
3.20 và 3.21.
0.03

y = 0,0002x + 0,0054
R² = 0,9949
qm = 185,19 (mg/g)
KL = 27

0.025


1/qe

0.02
0.015
0.01
0.005

0
0

20

40

60

80

100

1/Ce

Hình 3.20. Đẳng nhiệt Langmuir đối với sự hấp phụ xanh metylen
trên 11Cr2O3 – SBA- 15 ở 250C


17

Hình 3.21. Đẳng nhiệt Freundlich đối với sự hấp phụ hấp phụ xanh

metylen trên 11Cr2O3 – SBA- 15 ở 250C
Giá trị hệ số tương quan của các phương trình cho thấy cả hai mô
hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir (hình 3.20, R2 = 0,9949) và
Freundlich (hình 3.21, R2 = 0,9734) đều mô tả tốt đối với quá trình hấp
phụ xanh metylen trên 11Cr2O3 – SBA- 15 ở 298K.Từ đó tính được giá
trị dung lượng hấp phụ cực đại theo Langmuir là qm = 185,19 mg/g.

Lượng hấp phụ (mg/g)

3.2.5. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ
Ảnh hưởng của pH đến dung lượng hấp phụ cũng được nghiên
cứu và kết quả được trình bày trên Hình 3.22. Kết quả cho thấy, dung
lượng hấp phụ tăng khi pH của dung dịch tăng.
70
60
50
40
30
20
10
3

4

5

6

7


8

9

10

pH

Hình 3.22. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ xanh metylen 80 mg/l
trên 11Cr2O3 – SBA- 15


18
Các kết quả trên hình 3.22 chỉ ra rằng hấp phụ xanh metylen
trên 11Cr2O3 – SBA- 15 tăng mạnh trong khoảng pH từ 3,2 đến 7,1 và
sau đó tăng không đáng kể ở những pH cao hơn.
3.3. KẾT QUẢ HẤP PHỤ ALIZARIN RED S TRONG NƯỚC
3.3.1. Kết quả hấp phụ alizarin red S của SBA-15 nung;
nCr2O3-SBA-15

Hình 3.23. Dung lượng hấp phụ alizarin red S theo thời gian trên
SBA-15n, 2Cr2O3-SBA-15, 2,7Cr2O3-SBA-15, 5Cr2O3-SBA-15
Kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ alizarin red S của vật
liệu 2Cr2O3-SBA-15 lớn nhất trong các vật liệu khảo sát. Điều này có
thể giải thích là do mẫu 2Cr2O3-SBA-15 có bề mặt tích điện dương
hơn nên hút các anion alizarin red S trong dung dịch tốt nhất. Vì vậy
mẫu 2Cr2O3 – SBA- 15 hấp phụ alizarin red S được chọn cho các
khảo sát tiếp theo.



19
3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ xanh alizarin red S
Dung dịch alizarin red S 50 mg/l được sử dụng để khảo sát
thời gian đạt cân bằng hấp phụ và kết quả khảo sát hấp phụ trên vật
liệu 2Cr2O3-SBA-15 được trình bày trên Hình 3.23.

Hình 3.24. Sự phụ thuộc dung lượng hấp phụ theo thời gian của vật
liệu 2Cr2O3-SBA-15 đối với dung dịch alizazin red S 50 mg/l
Hình 3.24 cho thấy dung lượng hấp phụ của alizarin red S
tăng, sau 3 giờ quá trình đạt trạng thái cân bằng. Tuy nhiên, để đảm
bảo quá trình hấp phụ xảy ra hoàn toàn 5 giờ được chọn làm thời gian
khảo sát các đại lượng tại thời điểm cân bằng.
3.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ alizarin red S
Sự phụ thuộc của dung lượng hấp phụ của 2Cr2O3-SBA-15 đối
với alizarin red S ở các nồng độ khác nhau vào thời gian được trình
bày trong Hình 3.25. Kết quả cho thấy, dung lượng hấp phụ tỉ lệ
thuận với nồng độ alizarin red S trong dung dịch, khi tăng nồng độ
dung dịch, dung lượng hấp phụ tăng.


20

Hình 3.25. Khả năng hấp phụ alizarin red S của 2Cr2O3 – SBA - 15 ở
các nồng độ theo thời gian
Từ hình 3.25 ta thấy dung lượng hấp phụ của alizarin red S
tăng nhanh trong 2 giờ đầu, sau đó tăng chậm dần, tại thời điểm sau
3 giờ thì hầu như tăng không đáng kể và đạt cân bằng ở 5 giờ.
3.3.4. Đẳng nhiệt hấp phụ
Từ các số liệu thu được, vẽ đồ thị dạng tuyến tính của phương
trình đẳng nhiệt Langmuir và Freundlich.

0.03
y = 0,0201x + 0,0099
R² = 0,992
qm = 101,01 (mg/g)
KL = 0,4925

1/qe

0.025
0.02
0.015
0.01
0.005
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1/Ce
Hình 3.26. Đẳng nhiệt Langmuir đối với sự hấp phụ Alirarin red S
trên 2Cr2O3 – SBA- 15



21

Ln qe

5
y = 0,3026x + 3,6766
R² = 0,9526
KF = 39,52
1/n = 3,305

4.5
4
3.5

0

1

2

3

4

Ln Ce

Hình 3.27. Đẳng nhiệt Freundlich đối với sự hấp phụ alirarin red S
trên 2Cr2O3 – SBA- 15
Kết quả cho thấy cả hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ
Freundlich (Hình 3.26, R2 = 0,992) và Langmuir (Hình 3.27, R 2=

0,9528) đều phù hợp đối với quá trình hấp phụ ARS trên 2Cr2O3 –
SBA- 15 ở 298K. Theo đó, giá trị qm được tính theo mô hình
Langmuir bằng 101,01 mg/g.
3.3.5. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ
Để khảo sát ảnh hưởng của PH đến quá trình hấp phụ trên

Lượng hấp phụ (mg/g)

2Cr2O3-SBA-15 với các giá trị pH thay đổi từ 2,8 đến 11,1.
39.5
39
38.5
38
37.5
37
36.5
36
35.5
2

3

4

5

6

pH


7

8

9

10

11

Hình 3.28. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ aliarin red S trên
2Cr2O3-SBA- 15


22
Hình 3.28 kết quả cho thấy dung lượng hấp phụ giảm khi pH
của dung dịch tăng. Như vậy, việc đưa nhóm Cr2O3 lên bề mặt vật
liệu SBA-15 không những làm thay đổi điện tích bề mặt vật liệu
SBA-1, mà còn đó ảnh hưởng đến tương tác tĩnh điện đối với chất bị
hấp phụ mà còn tạo các tâm axit Lewis để có thể đóng vai trò như
những tâm hấp phụ khác tương tác trực tiếp với chất bị hấp phụ là
alizarin red S.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
Với mục tiêu nghiên cứu tổng hợp nCr2O3-SBA-15 sử dụng và
ứng dụng hấp phụ một số hợp chất màu hữu cơ ô nhiễm trong môi
trường nước,đề tài đã thu được những kết quả như sau:

1. Đã tổng hợp thành công vật liệu mao quản trung bình SBA15 bằng phương pháp thủy nhiệt (hydrothermal synthesis). Phương
pháp TGA, IR, EDX cùng với XRD cho thấy nhiệt độ nung tối ưu và
những ảnh hưởng đến đặc trưng của vật liệu. Các phương pháp vật lý
XRD, TEM cho thấy SBA-15 có độ trật tự cao, kích thước hạt đồng
đều, thuộc nhóm cấu trúc lục lăng P6mm.
2. Vật liệu nCr2O3-SBA-15 với n là phần trăm khối lượng của
Cr2O3 trong hỗn hợp đầu (n = 2; 2,7; 5; 8; 11; 14%) đã được tổng
hợp bằng việc xử lý nhiệt sau khi tẩm SBA-15 bởi Cr(NO3)3. Vật liệu
được phân tích bằng nhiều phương pháp hiện đại như XRD, EDX,
Hấp phụ và khử hấp phụ N2 ở 77K. Kết quả đặc trưng chỉ ra rằng vật
liệu nCr2O3-SBA-15 vẫn giữ được cấu trúc và hình thái của vật liệu
SBA-15 nhưng sự có mặt của Cr2O3 đã làm cho tính chất bề mặt có
sự thay đổi.
3. 11Cr2O3-SBA-15 có khả năng hấp phụ tốt MB (thuốc
nhuộm thuộc nhóm cation), trong khi đó 2Cr2O3-SBA-15lại hấp phụ
tốt ARS (thuốc nhuộm thuộc nhóm anion)). Quá trình hấp phụ này
đều phù hợp với cả hai mô hình đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir và
Freundlich. Dung lượng hấp phụ cực đại thu được lần lượt là qm =
185,19 mg/g qm = 101,01 mg/g tương ứng với hấp phụ MB trên
11Cr2O3-SBA-15, ARS trên 2Cr2O3-SBA-15. Dung lượng hấp phụ
MB trên 11Cr2O3-SBA-15 tăng khi tăng pH của dung dịch nhất là