Khảo sát loại bỏ các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus alternifolius (Thủy trúc) và chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí

n

n
Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
•

•

•

Phạm Thị Kim Tuyền

KHẢO SÁT LOẠI BÓ CÁC ION Fe, Zn TRONG

DƯNG DỊCH NƯỚC BẰNG CÂY CYPERUS
ALTERNIFOLIUS (THUỶ TRÚC) VÀ CHẾ TẠO

VẶT LIỆU XÚC TÁC TƯ BÃ THẢI SAU xư LÍ
•

•

Chun ngành: Hóa Vơ cơ

Mã số: 8440113

LUẬN VĂN THẠC sĩ KHOA HỌC VẬT CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DÃN KHOA HỌC:

1. TS. NGUYỄN THỊ TRÚC LINH
2. TS. NGUYỄN KIM DIỄM MAI

Thành phố Hồ Chí Minh - Năm 2021

□


LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tơi. Các kêt

quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn này là trung thực, và không sao chép
từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn

tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng

quy định.
Tác giả luận văn

Phạm Thị Kim Tuyên


LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến TS. Nguyễn Thị Trúc Linh, TS.

Nguyễn Kim Diễm Mai đã giao đề tài và tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi
trong q trình nghiên cứu và hồn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cơ trong bộ mơn Hóa Vơ cơ và q
Thầy Cơ trong Khoa Hóa đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi

trong suốt q trình tơi tiến hành thực nghiệm tại Khoa Hóa học.


MỤC LỤC
Trang phụ bìa

Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các hình ảnh
Danh mục bảng biểu

Danh mục các từ viết tát
9

MỞ ĐẦU...................................................................................................................... 1

Chương 1. TÔNG QUAN.......................................................................................... 4
1.1. Phương pháp phytoremediation........................................................................ 4

1.1.1. Cơ chế tích trữ kim loại nặng bằng phương pháp phytoremediation...... 5
1.1.2. Cơ chế hấp thụ kim loại nặng bằng phương pháp phytoremediation...... 8

1.1.3. Giới thiệu cây Cyperus altemifolius.......................................................... 9
1.1.4. Một số cơng trình nghiên cứu sử dụng cây Cyperus alternifolius để

xử lí nước thải.........................................................................................10
1.2. Thuốc nhuộm Sodium 4-{ [4-(dimethylamino)phenylldiazenyl}benzene1-sulfonate..................................................................................................... 13

1.3. Vật liệu quang xúc tác.....................................................................................14

Chương 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN củ u................... 18
2.1. Hóa chất, thiết bị.............................................................................................. 18

2.2. Thực nghiệm xử lí nước ơ nhiễm ion kim loại bằng thực vật

(phytore mediaton).......................................................................................... 18

2.3. Điều chế vật liệu xúc tác................................................................................. 22
2.4. Đặc trưng của các chất xúc tác..................................................................... 24

2.5. Khảo sát hoạt tính hấp phụ,quang xúc tác...................................................... 24

Chương 3. KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.............................................................. 26
3.1. Khả năng làm sạch nước ô nhiễm mô phởng của cây Thuỷ trúc................... 26
3.1.1. Nước ô nhiễm mô phỏng chứa các ion Zn2+............................................ 26
3.1.2. Nước ô nhiễm mô phỏng chứa các ion Fe3+............................................ 32


3.2. Đặc trưng và hoạt tính hấp phụ, quang xúc tác của các vật liệu xúc tác

được tổng họp từ các mẫu rễ cây Thuỷ trúc................................................. 37
KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 52

PHU LUC


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1.

Các ơ ngăn tế bào và các con đường vẫn chuyền giữa các tế bào............ 6

Hình 1.2.

Cơ chế thực vật trải qua quá trình hấp thụ và lưu trữ kim loại nặng....... 7

Hình 1.3.

Cây Cyperus altemiíolius (Thủy trúc) một loại thực vật thuộc họ cói........ 10

Hình 2.1.

Quy trình xử lý nước ơ nhiễm ion kim loại bằng thực vật..................... 20

Hình 2.2.

Rễ cây sau khi sấy và nung, nghiền mịn................................................. 22

Hình 2.3.

Rễ cây hút Zn sau khi sấy và nung, nghiền mịn..................................... 23

Hình 2.4.

Rễ cây hút Fe sau khi sấy và nung, nghiền mịn..................................... 23

Hình 3.1.

Các mẫu cây Thủy trúc được trồng trong nước ô nhiễm mơ phỏng

có nồng độ của ion Zn2+ là 41,78 mg-L’1.............................................. 27

Hình 3.2.

Các mẫu cây Thủy trúc trồng trong nước ơ nhiễm mơ phỏng có

nồng độ của ion Zn2+ ban đầu 5,23 mg-L_1 (mẫu 1), 10,46 mg-L 1
(mẫu 2), 20,92 mg • L’1 (mẫu 3)...............................................................29
Hình 3.3.

Mau cây Thủy trúc được trồng trong nước ơ nhiễm mơ phỏng có

nồng độ của ion Zn2+ ban đầu là 20,92 mg • L’1......................................31
Hình 3.4.

Các mẫu cây Thủy trúc trồng trong nước ô nhiễm mô phỏng có
nồng độ cùa ion Fe3+ là 4,47 mg-L’1, 8,93 mg-L’1, 17,87 mg-L'1 và

35,74 mg-L’1........................................................................................... 33
Hình 3.5.

Biến thiên nồng độ ion sắt trong dung dịch trồng cây theo thời gian... 35

Hình 3.6.

Mau cây Thủy trúc được trồng trong nước ô nhiễm mơ phỏng có
nồng độ của ion Fe3+ ban đầu là 17,87 mg’L 1...................................... 36

Hình 3.7.

Các giản đồ TGA/DSC của các mẫu than cây Thuỷ trúc trước và

sau khi thực nghiệm phytoremediation.................................................. 38
Hình 3.8.

Phổ EDX cúa các mẫu Bio-C và Zn-Bio-C.......................................... 41

Hình 3.9.

Phổ EDX cùa các mẫu Fe-Bio-C-1 và Fe-Bio-C-2...............................42

Hình 3.10.

Giản đồ XRD của các mẫu Bio-C và Zn-Bio-C.................................. 43

Hình 3.11.

Giản đồ XRD cùa các mẫu Fe-Bio-C-1 và Fe-Bio-C-2....................... 44

Hình 3.12. Thực nghiệm quang xúc tác của các mẫu Bio-C và Zn-Bio-C............... 47
Hình 3.13. Thực nghiệm quang xúc tác của các mẫu Fe-Bio-C-1 và Fe-Bio-C-2... 48


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1.

Kết quả khảo sát về khả năng làm sạch nước ơ nhiễm mơ phỏng có

nồng độ của ion Zn2+ là 41,78 mg-L’1 của cây Thuỷ trúc...................... 28
Bảng 3.2.

Kết quả khảo sát về khả năng làm sạch nước ơ nhiễm mơ phỏng có
nồng độ ion Zn2+ban đầu 5,23 mg-L'1, 10,46 mg-L’1 và 20,92 mg-L’1.... 30

Bảng 3.3.

Kết quả khảo sát khả năng làm sạch nước ô nhiễm mô phỏng có
nồng độ ion Fe3+ ban đầu là 4,47 mg-L’1, 8,93 mg-L’1, 17,87 mg-

L1 và 35,74 mg-L'1................................................................................ 34
Bảng 3.4.

Tóm tắt tên mẫu vật liệu hấp phụ, quang xúc tác từ rễ cây Thuỷ trúc......... 37

Bảng 3.5.

Tổng hợp số liệu về hiệu quả khử màu MO (độ khử màu*, %) của

tất cả các mẫu trong các thử nghiệm hấp phụ và quang xúc tác...........46


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
EDX (Energy dispersive X-ray spectrocopy); Phô tán săc năng lượng tia X
EDX (Energy-dispersive X-ray spectroscopy): Phương pháp đo phổ tán sắc năng

lượng tia X
MCL (maximum contaminant level): Ngưỡng nồng độ chất ô nhiễm tối đa
MO: Sodium 4-{ [4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl}benzene-1 -sulfonate

SEM (Scanning Electronic Microscopy): Kính hiến vi điện tử quét

TEM (Transmission Electronic Microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua
XRD (X-Ray Diffraction): Phương pháp nhiễu xạ tia X


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Ị nhiễm mơi trường, đặc biệt là môi trường nước, là một vấn đề rất đáng
quan tâm hiện nay. Việc xả nước thải chưa qua xử lí có chứa ion kim loại nặng hoặc
vi sinh vật gây bệnh vào môi trường từ các hoạt động khai thác khống sản, sản
xuất cơng nghiệp, và nơng nghiệp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe của
con người và các vi sinh vật [1]. Quy chuẩn nước uống theo QCVN 01:2009/BYT

[2] quy định nồng độ Fe (0,3 mg-L’1), nồng độ Zn (3,0 mg-L'1). Khi nồng độ Fe

vượt quá ngưỡng này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng của tim gan, hệ
thần kinh và nếu nhiễm độc Zn sẽ gây ảnh hường đến nào bộ [3].

Có nhiều phương pháp xử lí nước thải khác nhau với hiệu quả cao được áp
dụng như phương pháp kết tủa hoá học, phương pháp lắng lọc, phương pháp keo tụ

- đông tụ, phương pháp điện hoá, phương pháp trao đồi ion nhằm xử lí các ion kim

loại trong nước thải. Tuy nhiên, các phương pháp kể trên vẫn còn gặp một số khó
khăn như lượng bùn thải sau q trình xử lí lớn, năng lượng tiêu tốn lớn, chi phí vận

hành cao, gây biến đối đa dạng sinh học và phá hủy hệ sinh thái. Trong những năm
gần đây, các nhà khoa học đang hướng sự chú ý đến phương pháp xử lí ơ nhiềm các
kim loại nặng trong nước bằng thực vật đó là phương pháp phytoremediation.

Phương pháp này nghiên cứu dựa trên quá trình sinh trưởng và phát triển của thực

vật. Theo lí thuyết, thực vật sẽ hấp thụ các ion kim loại trong nước thông qua bộ rễ
và tích trữ trong các bộ phận của cây, do đó hàm lượng các ion kim loại nặng trong

nước sẽ giảm dần. Phương pháp phytoremediation được xem là một trong những

công nghệ xử lí nước thải có tiềm năng, và có khả năng khắc phục những hạn chế
của phương pháp xử lí thơng thường [4].

Việt Nam là một đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa, cây cối quanh năm
phát triển, đặc biệt là các loài cây thân thảo. Qua quan sát thực tể, chúng tôi nhận
thấy rằng khu đất gần các khu công nghiệp Lê Minh Xuân, khu công nghiệp Vĩnh

Lộc, khu cơng nghiệp An Hạ ở huyện Bình Chánh thường xuất hiện cây Cyperus
alternifolius (tên thường gọi là cây Thủy trúc) phát triển mạnh. Mặc khác, theo


2

nghiên cứu trên các tài liệu thực vật học thì chúng tơi thây loại cây này có thê thích
nghi tốt trong các điều kiện mơi trường khác nhau. Do đó, chúng tôi chọn cây

Cyperus alternifolius trong thiết kế hệ thống xử lí nước ơ nhiễm bằng kỹ thuật

phytoremediation. Sau q trình xử lí này, nếu cây Cyperus alternifolius chết đi,

chúng sẽ bị phân hủy và trả lại các chất độc vào mơi trường. Do đó, chúng tơi phát

triển một hướng nghiên cứu là chuyển bà thải này thành vật liệu xúc tác cho các

phản ứng hữu cơ trong công nghiệp.
Từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Khảo sát loại bỏ các ion
Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) và chế tạo

vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí 99 làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ chuyên
ngành Hố vơ cơ.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát loại bỏ các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus

alternifolius (Thuỷ trúc) và chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí.
3. Đối tương, nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

- Loại bở các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus altemifolius
(Thuỷ trúc).

- Tống hợp xúc tác từ bã thải của quá trình phytoremediation.
3.2. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan tài liệu liên quan đến khả năng làm sạch nước ô nhiễm ion Fe, Zn
bằng cây Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) và điều chế xúc tác từ bã thải của q

trình phytoremediation.
- Chuẩn bị hóa chất, dụng cụ, thiết bị và tiến hành thực nghiệm khảo sát loại
bỏ các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc)

và chế tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí.

- Phân tích các đặc trưng vật liệu xúc tác được chế tạo từ bã thải sau xử lí.
3.3. Phương pháp nghiên cứu
- Khảo sát loại bỏ các ion Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cây Cyperus

alternifolius (Thuỷ trúc).


3

- Chế tạo vật liệu xúc tác từ cây Thủy trúc hấp thụ Fe, Zn sau quá trình

phytoremediation.

- Khảo sát các q trình hố lí xảy ra theo nhiệt độ của các vật liệu xúc tác
bàng phuơng pháp phân tích nhiệt (TGA - DSC).
- Khảo sát cấu trúc tinh thể của các vật liệu xúc tác bằng phương pháp nhiễu
xạ tia X bột (XRD).

- Phân tích thành phần các nguyên tố của các vật liệu xúc tác bằng phố tán sắc
năng lượng tia X (EDX).
- Thử nghiệm khả năng hấp phụ và quang xúc tác cửa các mẫu vật liệu xúc tác.
r

4. Bô cục luận văn
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 3 chương chính văn, kết luận và kiến nghị.
Cấu trúc luận văn gồm 51 trang chính văn, 20 hình vẽ, đồ thị, 5 bảng biểu và 53

nguồn tài liệu tham khảo.


4

Chương 1. TÔNG QUAN

1.1. Phương pháp phytoremediation
Thuật ngữ phytoremediation bắt nguồn từ sự kết hợp của 2 từ: phyto và

remediation. Phyto (trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là thực vật) và remediation (trong
tiếng Latinh có nghĩa là có khả năng xử lí), về cơ bản, q trình xử lí được thực

hiện thơng qua đặc tính sinh lí của thực vật về hấp thụ và tích trữ các kim loại từ

đất và nước trong quá trinh sinh trưởng phát triển của cây. Phương pháp này đã
được áp dụng trong khoảng 300 năm qua để loại bở chất gây ô nhiễm từ nước thải.

Tuy nhiên, khái niệm sử dụng khả năng tích trữ kim loại của thực vật để loại bỏ
chất gây ô nhiễm chỉ mới được đề cập bởi Chaney vào năm 1983 [5].

Phytoremediation là phương pháp loại bở kim loại nặng ô nhiễm từ đất và nước
thân thiện với môi trường và hệ sinh thái [5], [6]. Trong quá trình sinh trưởng của

mình, cây sẽ hấp thụ các chất trong môi trường đất và nước thông qua bộ rễ. Thông

qua đó, một số thực vật xác định tiết ra các hợp chất có khả năng cố định hoặc tách
các chất độc hại bằng q trình oxy hóa khử, q trình kết tủa các hợp chất khơng
hịa tan trong vùng rễ để chuyền các chất độc hại này thành các dạng tồn tại khác ít

độc hơn [7]. Ví dụ, Plumbum kết tủa dưới dạng phosphate hoặc cadmium tạo phức
với sulfide trong rễ, vùng rễ của cây Agrostis capillaris and Silene vulgaris [8].
Trong khi đó, một số cây lại phá võ’ các chất hữu cơ bằng các enzyme để chuyền

hoá chúng thành các chất dinh dưỡng cho cây. Ví dụ như các nhà khoa học đã sử
dụng cây Hybrid poplars đề xử lí trichloroethylene (TCE). Cây sẽ tiết ra các enzyme

(ví dụ dehalogenase, peroxidase, nitroreductase, laccase, nitrilase) giúp phân hủy
các chất như lignin,... [7].

Kim loại, đặc biệt các kim loại nặng và hợp chất của chúng được cây cố định
bàng cách tạo phức hoặc thay đồi hoá trị cùa chúng và sau đó được tích trữ lại trong
mơ lá hay rễ. Trong q trình này, tính chất của các kim loại cũng như đặc tính của

thực vật có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lí. Vì vậy đề phát huy tối đa tiềm

năng của phương pháp phytoremediation, chúng ta phải có nghiên cứu tồn diện về

tính chất cùa các ion kim loại, đặc biệt là sự hấp thụ kim loại và sự vận chuyển của
•

X

•

•

•

1

•

•

••

J


5

nó qua màng tê bào thực vật cùng với việc lưu trữ, phân phôi, độ nhạy, dung sai,
chịu ảnh hưởng trực tiếp của các chất tiết ra từ rễ và các vi sinh vật trong các điều

kiện môi trường khác nhau [9], [10].

Phương pháp phytoremediation được áp dụng cho các lồi thực vật có tốc độ

tăng trưởng nhanh và sinh khối cao [lí]. Các lồi thực vật này ngồi khả năng tích

trữ các chất độc hại cao cịn có khả năng chịu đựng cao đối với các điều kiện môi
trường bất lợi. Qua các tài liệu đã được công bố có khoảng 500 lồi thực vật có khả

năng tích trữ kim loại [12]. Các loài này chủ yếu thuộc họ Brassicaceae,
Asteraceae, Caryophyllaceae, họ thân thảo, họ đậu Cunouniaceae, Flacourtiaceae,

Violaceae, Euphobiaceae, và họ Poaceae [12]. Trong đó, khoảng 18 lồi được biết
có khả năng tích trữ kim loại Zn như T. caerulescens (Zn, Cd), A. halleri (Zn, Cd),
Thlaspi rotundifolium spp.Cepaeifolium (Pb, Zn), Aeollanthus biformifolius (Cu,

Co), Cyperus alternifoliu (Zn) và nhiều loài khác cũng đã được báo cáo có khả
năng tích trữ nhiều kim loại [13].
1.1.1 Co' chế tích trữ kim loại nặng bằng phương pháp phytoremediation

Sự tích trữ kim loại nặng của thực vật bao gồm các giai đoạn cơ bản:
4- Vận chuyển kim loại qua màng sinh chất của tế bào rễ.
4- Sự vận chuyển kim loại nặng đi từ rễ đến chồi thông qua tải và di chuyển
dọc các xylem.

4- Khử độc và cơ lập tồn bộ kim loại trong cây và tế bào [14].
Khả năng tích lũy của mỗi kim loại được xác định dựa vào khả năng hấp thụ

và vận chuyền nội bào của mỗi cây.
Trong các q trình này, các protein vận chuyển có liên quan như ATPase có
vai trị giúp kim loại nặng được đưa lên và lưu trữ trong cây. Thực vật cũng tham

gia vào quá trình giải độc bằng cách tiết ra các chelate tự nhiên như phytochelatins
(PC) ở bộ rề, các chất này kết hợp ion kim loại để cơ lập tồn bộ kim loại (hình 1.1)
[15].

Khi độ hịa tan của các kim loại tăng, kim loại được đưa đến rễ sau đó từ rễ

được chuyển thành chồi bàng con đường apoplast và con đường symplast. Từ các


6

chồi, các kim loại nặng được vận chuyến đến lá bằng cách tải xylem. Trong lá, kim

loại nặng được lưu trừ trong không bào [15].
Con đường vô bào (apoplast): nước và các chất tan vận chuyển dọc theo các

thành tế bào và khoảng gian bào. Con đường này cho phép nước, phần kim loại hịa
tan di chuyển mà khơng đi vào các tế bào và thông qua thành tế bào và các không
gian nội bào [16].

Con đường hợp bào (symplast): nước và các chất tan được vận chuyển liên tục
từ bào tương của tế bào này sang bào tương của tế bào khác trong mô thực vật. Con

đường này chỉ cần một lần đi qua màng sinh chất. Sau khi thâm nhập vào một tế

bào, các chất có thể vận chuyển từ tế bào này đến tế bào khác thông qua cầu sinh
chất [16].
!

Thành tẻ tao

Các protein vần
£huyên trong mãng
không bào điêu hòa
sự ra vào của các
phàn tử giừa bào
tương vả khơng bão.

Các protein vận
chun ưong màng
sinh chàt điêu
hịa sự ra vào của
cãc phân tử giừa

bào Vương và thành
tế bào.
<

9

Cảu sinh chảt

Mang không bão

(a) Các ô ngăn tế bào: Thành tế bào, bào tương và không bào là ba
ô chủ yểu của phần lớn tế bào thực vật trưởng thành [16].
Chú thích

Con đường xuyên màng
Sỵmplast là hệ liên tục
của bào tương được
nơi bâng càu sinh chát
•

•

•

*

Con đường hợp bào
(Sỵmplast)

Apolast

Sỵmplast

MB

Apolast là hệ liên
tục của thành tê
bào và các khoang
ngoại bão

--■
■IB

Con đường vô bào

(b) Các con đường vân chuyên giữa các tê bào: Con đường hợp bào

(symplast) và con đường vô bào (apoplast) [16].
Hình 1.1. Các ơ ngăn tế bào và các con đường vẫn chuyến giữa các
tế bào.


7

Heavy metals
sequestered in
cell wall
. ..
Cell wall

Plant Heavy Metal Uptake Mechanism
Xylem unloading of
■ịy heavy metals

Vacuole

Plasma membrane

©

Heavy metals enter
leaves after xylem ■
unloading

>

Storage of heavy
metals in vacuoles

Leaf Cell Vacuole

Sympiast pathway
Heavy metals
uptake rto roots

Casparan strụ)
blocks apoptast
pathway

Apopl as t pathway

Heavy metals
translocate to shoots
through symplast
pathway

Uptako Pathways In Roots

r

-

r

Hình 1.2. Cơ chê thực vật trải qua quá trình hâp thụ và lưu trữ kim loại
nặng [17].
Tốc độ và mức độ hấp thụ kim loại của thực vật trong đất bị ảnh hường bởi

hàm lượng kim loại, pH, hàm lượng nước, các chất hữu cơ và các yếu tố khác trong

vùng rễ [16]. Ví dụ, một biến đổi nhỏ về nồng độ H+ có thể khiến cho một chất

khống dễ hấp thụ, trong khi chất khống khác khó hấp thụ. Như pH = 8, cây có thể

hấp thụ Ca, nhưng Fe hầu như hồn tồn khơng được hấp thụ. Khi pH hạ xuống 5
hoặc thấp hơn, các ion Al3+, Fe3+, Zn2+ trở nên dễ hoà tan hơn và được rề hấp thụ,
nhưng pH quá thấp ngăn cản sự sinh trưởng cùa rễ và cản trở sự hấp thụ Ca - chất

dinh dưỡng cho thực vật.
Các acid hữu cơ có trong vùng rễ như acid acetic, acid butyric, acid citric,

acid fumaric, acid lactic, acid malic, acid malonic, acid oxalic, acid propionic, acid
tartaric, và acid succinic. Các proton được tiết ra trong vùng rễ có tác dụng acid hóa

các chất ở vùng rễ làm tăng sự hòa tan kim loại và tạo phức kết tủa với kim loại
không tan trong vùng rề để tăng khả năng tích trữ kim loại nặng và hấp thụ cùa rề
[8], [10]. Trong nghiên cứu Bernal và cộng sự nhận thấy rằng pH ảnh hưởng đến

việc giải phóng proton và sự tích lũy kim loại Ni của thực vật (Alyssum murale)
trong điều kiện nuôi cấy dung dịch. Tuy nhiên, sự khác biệt dường như không đủ

lớn đề giải thích hồn tồn q trinh acid hóa của vùng rễ và cải thiện sự hòa tan
kim loại [18].


8

Ngoài ra, các vi sinh vật đât đã được chứng minh là có khả năng tiêt ra các

hợp chất hữu cơ kích thích sinh khả dụng của kim loại tức là làm cho kim loại có

thể hịa tan tạo điều kiện cho sự hấp thụ nhiều loại ion kim loại ờ rễ của bao gồm
Mn2+và có thể cả Cd2+ [19].

Sự biến đổi di truyền của thực vật trong quá trình tích lũy kim loại do q
trình chọn lọc tự nhiên tác động làm biến đổi định lượng về khả năng siêu tích lũy
trong quần thể [15]. Sự biến đối này không ảnh hưởng tới nồng độ kim loại trong

đất hoặc mức độ chịu đựng kim loại trong cây [15].
1.1.2 Cơ chế hấp thụ kim loại nặng bằng phương pháp phytoremediation

Kĩ thuật phytoremediation giúp thực vật tích lũy hiệu quả các kim loại nặng.
Ngồi ra thực vật cịn có một cơ chế bẩm sinh đó là sự hấp thụ của các kim loại
nặng khơng hịa tan thơng qua các chất tiết ra từ bộ rễ để giảm các phức chất hữu cơ

kim loại hình thành trong đất và chuyển chúng thành các ion hoặc phức kim loại tự
do, giúp rễ dễ dàng hấp thụ chúng hơn [17].
Các acid hữu cơ có khối lượng phân tử thấp cũng có khả năng làm tăng khả

năng hấp thụ kim loại nặng. Acid này tạo phức với kim loại làm cho kim loại hòa
tan giúp cho rễ dễ hấp thụ. Đầu tiên, kim loại được hấp thụ vào rễ thơng qua hai con

đường đó là con đường apoplastic (con đường vô bào) và thứ hai là con đường
symplastic (con đường hợp bào) (hình 1.1 a và hình l.lb). Mặt khác, con đường đối
xứng cho phép sự di chuyển của các kim loại không quan trọng như Ni, Cd và Pb

thông qua tế bào chất bàng cách tiêu thụ năng lượng. Đối với các loài thực vật khác
nhau thì khả năng hấp thụ kim loại nặng cũng khác nhau [17].

Quá trình thứ hai là sự di chuyển từ rễ sang chồi. Vận chuyển kim loại nặng từ
rễ đến chồi do sự di chuyền cùa kim loại vào các mạch xylem có liên quan đến việc

vận chuyển nước và muối hòa tan. Kim loại nặng xâm nhập vào các kênh xylem
thơng qua q trình được gọi là tải xylem [17].
Quá trình thứ ba là khử độc và cô lập kim loại nặng trong lá. Khi các kim loại

nặng được vận chuyển đến lá, chúng được cô lập trong các tế bào của nó hoặc nội
bào hoặc ngồi tế bào. Trước khi lưu trữ, chúng được khử độc bàng các phối tử

9

chelate như phytochelatins và acid hữu cơ như histidine hoặc citrate [17].
Các cơ quan chính tham gia tích lũy nồng độ kim loại là không bào. Đây là cơ

quan lưu trữ kiểm soát mức độ kim loại nặng thiết yếu và không cần thiết trong tế
bào thực vật [17].
Thành phần khống dinh dưỡng cỏ trong vùng rề cũng có thề ảnh hưởng đến
sự hấp thụ của kim loại nặng. Khoáng dinh dưỡng có sẵn trong cây có tác dụng

kích thích cũng như ức chế chất dinh dường đối với sự hấp thụ kim loại [14]. Ví dụ,
sự hấp thụ Cd bị suy giảm đáng kế bởi Ca2+, Mn2+ và Zn2+, có lẽ do cạnh tranh đế

thay đổi vị trí trên bề mặt rễ cây. Kim loại Ca đặc biệt hiệu quả vì nó có bán kính
ion tương tự như Cd và đóng vai trị thiết yếu trong hoạt động của màng tế bào. ờ

thực vật Tamarix aphylla, sự hấp thụ Cd bởi rễ bị cắt bổ bị ức chế mạnh bởi các ion

Ca2+ và Mg2+, nhưng không bị ảnh hưởng bởi Fe [14]. Nồng độ Ca và Mg 0,1 và 2,5

mM trong mơi trường hấp thụ, hấp thụ trung bình của Cd giảm bời 86 % và 84 %

tương đối. Các ion đon trị (Na, K, Li) cũng ức chế sự hấp thụ Cd, nhưng ở mức độ

thấp hơn hơn Ca và Mg [14].
Qua đó cho thấy việc ứng dụng phương pháp phytoremedỉation tại Việt Nam là rất

tiềm năng và thuận lợi. Cây Cyperus alternifolius phát triển mạnh ở huyện Bình
Chánh và có thế thích nghỉ tốt trong cảc điều kiện mơi trường khảc nhau. Vì vậy,
chúng tơi chọn cây Cyperus alternifolius trong thiết kế hệ thống xử lí nước ô nhiễm

bằng kỹ thuật phytoremediation.
1.1.3 Giới thiệu cây Cyperus alternifolius

Cây Cyperus alternifolius cịn có tên gọi khác là cây Thuỷ trúc. Nó là một loại
cây thân thảo, mọc ở những khu vực ẩm ướt, có bộ rễ phát triển nhanh và có cấu

trúc lõi rỗng khơng phân nhánh. Giai đoạn nở rộ của cây là từ tháng 6 đến tháng 7
và giai đoạn trưởng thành là từ tháng 9 đến tháng 10. Cây có thể dễ dàng nhân lên

bằng hạt giống, phân chia thực vật. Cây Cyperus alternifolius được sử dụng phố

biến để làm cảnh, làm hàng rào, giấy, mũ, làm giở... [20]. Các nghiên cứu được
thực hiện để xem xét khả năng thích nghi của cây trong hệ thống xử lí ơ nhiễm mơi
trường đất, nước đã thu được một số kết quả được trình bày ở mục 1.1.3.


10

Hình 1.3. Cây Cyperus alternifolius (Thủy trúc) một loại thực

vật thuộc họ cói [20J.
1,1,4 Một số cơng trình nghiên cún sử dụng cây Cyperus alternifolius đế

xử lí nước thải
Năm 2013, Asghar Ebrahimi và cộng sự đã nghiên cứu hiệu quả sử dụng cây
Cyperus alternifolius để xử lí nước thải ơ nhiễm vùng đất ngập nước. Đối với nước

thải này, sử dụng cây Cyperus alternifolius trong phương pháp phytoremediation

cho kết quả xử lí nhu cầu oxy hóa học (COD) cao. Trong khi đó, hiệu quả xử lí

phosphorus lại rất thấp (9,8 %) [21].

Trong nghiên cứu Melayib Bilgin và cộng sự năm 2014, sử dụng cây Cyperus
alternifolius đề xử lí nước thải ô nhiễm trong vùng đất ngập nước bằng phương

pháp phytoremediation. Sau 25 ngày thử nghiệm, tồng hàm lượng nitrogen bị loại

bỏ khởi môi trường nước đạt hiệu suất 35,28 % [22]. Thongtha và các cộng sự đà
sử dụng cây Nelumbonaceae và cây Cyperus alternifolius đế xử lí phosphorus trong

nước thải sinh hoạt bằng phương pháp phytoremediation. Sau 5 ngày thử nghiệm
cho thấy nồng độ của phosphorus giảm dần. Nồng độ ban đầu của phosphorus từ
1,038 ± 0,001 mg-L’1 giảm xuống còn 0,094 ± 0,001 mg-L’1 (khi sử dụng cây

Nelumbonaceae) và 0,048 ± 0,004 mg-L’1 (khi sử dụng cây Cyperus alternifolius)

[23]. Trong một số nghiên cứu khác, sử dụng cây Cyperus alternifolius để xử lí
nước thải ơ nhiễm Cu, Zn, p, N đạt hiệu quả cao hơn từ 4 đến 7 lần so với cây
Vetiveria zizanioides [22].


11

Một nghiên cứu Rahul V. Khandare và cộng sự vào năm 2020 [24] đã xử lí

nuớc ơ nhiềm fluoride bằng thực vật ưu nước gồm Canna indica, Epipremnum
aureum, Cyperus alternifolius và Cyperus rotundus. Qua quá trình thử nghiệm nồng
độ ban đầu fluoride (5 ppm) được loại bỏ lần lượt lên tới 98, 66, 60 và 63 % trong 7

ngày. Mặt khác làm sạch rễ và lá sau đó cho vào dung dịch fluoride nồng độ 10

ppm và cho một mẫu rễ cây ô được tiếp xúc với 500 mL dung dịch polypropylene

và ngâm vào dung dịch fluoride nồng độ 10 ppm thì hiệu suất của các mẫu rễ cây

Canna indica, Epipremnum aureum, Cyperus alternifolius và Cyperus rotundus cao
hơn so với các mẫu rễ cây không cho tiếp xúc với polypropylene.

Cây Cyperus alternifolius được chọn làm đối tượng nghiên cứu của Baichun
Wang và cộng sự trong năm 2021 [25], nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng vi sinh

vật trong vùng rễ đến sự tích lũy chromium của Cây Cyperus alternifolius. Cây
Cyperus alternifolius được ni trồng trong chậu nhà kính, mồi chậu chứa 20 kg

đất ô nhiễm chromium (lượng chromium 92,6 mg'kg'1). Các mẫu thí nghiệm gồm:
mẫu trồng lần 1 (CAT), mẫu trồng lần 2 (CAĨĨ), mẫu trồng lần 3 (CATTT) và mẫu
trống chưa trồng làm mẫu đối chứng (CK). Ngoài ra, thí nghiệm cịn được thiết kế

dưới dạng nhóm đối chứng (mẫư đất gốc khơng bị nhiễm chromium) và nhóm bị ô
nhiễm (nhóm này bố sung các dung dịch K2Cr2O7 0,1 mmol • L_ 1 đã làm cho hàm

lượng Cr (VI) trong đất tăng 200 mg-kg l) và mẫu trống chưa trồng mẫu (CK).
Các mẫu này được trồng từ cây con (20 - 30 cm) ở nhiệt độ 25°c và độ ẩm 50 %,

và sau 30 ngày cây phát triển sinh trưởng mạnh thì Cr (VI) được thêm vào mẫu cây

nhóm ô nhiễm. Sau 3 tháng thí nghiệm, các mẫu phá hủy được lấy và chọn ngầu
nhiên cây đà được lấy ra khỏi đất để thu các chất vẫn cịn dính vào rễ cây. Sau đó

được làm lạnh để bảo quản các mẫu cây đã chọn, nhóm mẫu trống (CK) được lấy

lớp trên mẫu đất từ 0 - 5 cm. Thu được 21 mẫu, cho các mẫu này đông lạnh ở 20°C
để tách chiết DNA, xác định hàm lượng Cr, nồng độ Cr, độ pH của đất, chất hữu cơ
trong đất (SOM), cacbon hữu cơ (SOC), nitrogen tổng trong đất (TN), ammonium

nitrogen (NH3-N) và nitrate nitrogen (NO3-N) trong đất, lượng phophorus tổng số
trong đất (TP), hàm lượng phophorus dề tiêu trong đất (AP). Kết quả cho thấy, pH,

SOM, soc, TN và TP của đất ở vùng rễ thấp hơn giá trị trung bình so với mẫu đất


12

làm đôi chứng, trong khi NO3-N và AP rõ ràng là một trong những cao hơn. So

sánh, nhóm đối chứng, quan sát được rằng SOM và soc cùa nhóm ở mức nhiềm

bẩn nuôi cấy chromium mức độ đã được cải thiện, hơn nữa về dạng nitrogen trong
đất, NH4-N và NO3-N trong mỗi nhóm ơ nhiễm nhiều hơn từ 1,29 - 3,90 lần so với
nhóm đối chứng (mẫu đất gốc khơng bị nhiễm chromium), sự khống hóa nitrogen
trong đất được thúc đẩy. Tuy nhiên, TP và AP trong đất dạng thân rễ đang có xu

hướng giảm theo chromium. Đặc biệt các chất dinh dưỡng như nitrogen và
phosphorus được đồng hóa bởi nhóm ơ nhiễm chromium ở mẫu CAIII, với sự cạnh
tranh của chromium và thực vật dẫn đến giá trị TN và TP thấp nhất. Kết quả còn

cho thấy, hàm lượng Cr trong nhóm ơ nhiễm cao hơn rất nhiều so với nhóm đối
chứng. Trong đó, hàm lượng Cr trong thân là cao nhất; cả phần rễ và phần lá đều có
chứa hàm lượng Cr. Những kết quả này cho thấy rằng trong khi hấp thụ các chất

dinh dưỡng trong đất, và quá trình trao đối chất của bộ rễ bị cản trở bởi sự cạnh

tranh của chromium và thực vật. Qua đó cho thấy phản ứng vi sinh vật trong vùng

rễ cây ảnh hưởng đến sự tích lũy chromium của cây Cyperus alternifolius, tuy
nhiên cơ chế đề kháng của tế bào rễ của cây và cơ chế tác dụng của vi sinh vật ở
vùng rê chưa rõ ràng.

Qua đó ta thấy được rằng, hiện nay có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp thụ
kim loại của cây Cỵperus alterni/olỉus. Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào đề

cập đến ngưỡng nồng độ Zn, Fe tối đa mà cây Cyperus alternifolius có thê hấp thu
và sinh trưởng phát triển bình thường.

Ớ một nghiên cứu của Roland Bernhard [26] về xử lí ô nhiễm Zn bằng các
thực vật (Agrostis stolonifera, Brassica napus và Trifolium) cụ thể nghiên cứu ảnh

hưởng của ô nhiễm Zn đến các mơ hình chống chịu, hấp thụ và tích lũy Zn bằng
thực vật. Nồng độ được chọn ở đây 0, 10 pM, 20 pM, 40 pM, 80 pM, 160 pM, 320
pM và cao nhất là 640 pM. Zn được thêm dưới dạng ZnSO4. Cho các cây Agrostis

stolonifera, Brassica napus và Trifolium tiếp xúc với kim loai trong thời gian 4
ngày (đối với cây Brassica napus và Trifolium) hoặc 6 ngày (đối với cây Agrostis

stolonifera). Sau đó đo lường sự phát triển chiều dài của rễ. Sau khi tiếp xúc với

kim loại, rễ được đưa vào làm lạnh nước đá trong 30 phút để dừng các quá trình


13

sinh lí. Sau đó, rễ được rửa trong nước cất. Rễ và chồi sấy trong 2 ngày ở 50°C

trong tủ sấy. Kết quả quan sát quan sát thấy ở Agrostis stolonifera và Trifolium cho

thấy nồng độ ion Zn2+ ở chồi tăng lên đều đặn khi tăng tiếp xúc với Zn. Cây
Trifolium ở nồng độ ion Zn2+ là 320 pM (nồng độ ion Zn2+ tích lũy đạt tối đa 400
mgkg’dw), cịn đối với cây Brassica napus ở nồng độ ion Zn2+ 40 pM (nồng độ

ion Zn2+ tích lũy đạt khoảng 800 mg kg ’dw). Khi tăng nồng độ ion Zn2+ thì sự tích
lũy Zn trong rễ cũng tăng lên, theo đó Brassica napus tích lũy trong rễ được lượng

Zn cao nhất, tiếp theo là cây Agrostis stolonifera và Trifolium. Nồng độ ion Zn2+
trong rễ thì cao hơn trong chồi tử 2 - 60 lần.
Qua các cơng trình nghiên cứu này, chủng tôi chọn nồng độ ỉon Zn2+ là 80 pM,J60

gM, 320 pM và cao nhất là 640 pM đê tiến hành khảo sát loại bỏ các ion Zn2+
trong dung dịch nước bằng cây Cyperus alternifolius. Vì chúng tơi chưa tìm được
tài liệu về xử lí Fe trong nước ơ nhiễm bằng q trình phytoremediation có sử dụng

cây Cyperus alternifolius, nên trong nghiên cứu này chủng tôi thực nghiêm với
nồng độ ion Fe3+ tương tự ion Zn2+.

1.2. Thuốc nhuộm Sodium 4-{[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl}benzene-lsulfonate

Sinh khối của cây Thuỷ trúc sau quá trình phytoremediation đã được thu hồi

cho mục tiêu chế tạo vật liệu xúc tác. Đe thử nghiệm hoạt tính hấp phụ và quang

xúc tác của các vật liệu, chúng tôi chọn thuốc nhuộm methyl orange (viết tắt là

MO), có tên khoa học là sodium 4-{[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl} benzene-1sulfonate đóng vai trị là chất ơ nhiễm hữu cơ. Thuốc nhuộm MO là một monoazo

thường được sử dụng trong phịng thí nghiệm, dệt may và các ngành cơng nghiệp
khác. Sodium 4-{[4-(dimethylamino)phenylJ diazenyl [benzene-1-sulfonate có thể
gây các bệnh về mắt, đường hơ hấp, đường tiêu hóa [27], Sodium 4-{[4-

(dimethylamino)phenyljdiazenyl}benzene-1 -sulfonate hay còn gọi là heliantin, bột

màu vàng da cam, tan trong nước không tan trong etanol.
Công thức phân tử: Ci4H|4N3O3SNa
Công thức cẩu tạo:


14

N=N

Sodium 4-{[4-(dimethylamino)phenyl]diazenyl}benzene-1 -sulfonate là chất

hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hàng số acid Ka=4.1044. Trong mơi trường kiềm
và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion:

Trong môi trường acid, anion này kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation

màu đỏ:

Để chọn lựa nồng độ MO cho các thí nghiệm khảo sát hoạt tính hấp phụ và
quang xúc tác của vật liệu, chúng tôi đã tổng quan các cơng trình cơng bố có sử

dụng MO với vai trị chất ơ nhiễm hữu cơ. Theo tài liệu [281, các tác giả đã thực

nghiệm với hàm lượng chất xúc tác WO3/T1O2 so với thể tích dung dịch MO là 0,4

gam/50 mL, nồng độ MO (20 mg’L'1), pH = 6,5 và thời gian chiếu xạ uv trong 7

giờ. Trong các cơng trình [29], [30], các tác giả đã tiến hành thử nghiệm hấp phụ
MO với nồng độ 20 mg-L’1 trên than hoạt tính dạng hạt (GAC), hoặc than hoạt tính

từ bã cà phê.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi chọn nồng độ đầu của dung dịch MO là 20
mg 'L , pH = 6,5; khối lượng chất xúc tác 0,4 gam và thê tích dung dịch MO cho
moi lần thử nghiệm là 50 mL.

1.3. Vật liệu quang xúc tác
Sinh khối cùa các cây sau quá trình phytoremediation thường được nghiên cứu

tồng họp Biogas, và có rất ít cơng trình được cơng bố về việc sử dụng sinh khối cho
mục tiêu chế tạo vật liệu quang xúc tác. Tuy nhiên, cây Cyperus alternifolius được


15

thực nghiệm hấp thụ các ion Fe3+ và Zn2+, nên sinh khối của cây hồn tồn có tiềm
năng trong chế tạo vật liệu quang xúc tác. Dưới đây là một số cơng trình của các

nhà khoa học về vật liệu quang xúc tác ZnO/C và Fe2O3/C.
Iron (III) oxide (Fe2O3) là một trong những chất bán dẫn thuận lợi cho phản

ứng quang xúc tác do Eg thấp (2,3 eV), độ ồn định cao, có khả năng tái chế [31],
zinc oxide (ZnO) là một chất bán dẫn đặc biệt, thường được nghiên cứu ứng dụng

làm vật liệu quang xúc tác. Tuy nhiên, nhược điếm cùa ZnO là việc tái kết họp lỗ

trống quang sinh và điện tử nhanh, dẫn đến hoạt động quang xúc tác kém [32]. Việc

kết hợp ZnO hay Fe2O3 với than hoạt tính có diện tích bề mặt cao có thể tăng cường
khả năng hấp phụ của vật liệu tố hợp. Hơn nữa, than hoạt tính có thế tăng cường

khả năng hấp thụ ánh sáng và ngăn chặn sự tái kết họp lỗ trống quang sinh và điện
tử, do đó cải thiện hoạt tính quang xúc tác của ZnO hay Fe2O3 [33], [34]. Mahda

Sadat Nasrollahzadeh và cộng sự [35] đã nghiên cứu tổng hợp ZnO/C và thử
nghiệm phân hủy thuốc nhuộm MO trong dung dịch nước. Trong nghiên cứu này

ZnO được điều chế bằng zinc acetate (giống tiền chất) và dẫn xuất carboxylic của

than hoạt tính (AC-COOH) đóng vai trò giống chất nền. AC-COOH được điều chế
bằng cách oxy hóa than hoạt tính với acid nitric. Sau đó, Zn được kết trên bề mặt

của than bàng phương pháp ngâm tẩm. Dựa vào các phương pháp BET, XRD, SEM

để xác định đặc trưng cấu trúc nano ZnO. Kết quả nghiên cứu này cho thấy các hạt
ZnO có kích thước 21-31 nm và diện tích bề mặt riêng 17,78 m2-g_1. Hiệu suất

chất xúc tác được đánh giá trong quá trình phân hủy và khử màu thuốc nhuộm MO.

Qua khảo sát các yếu tố ảnh hưởng như pH, hàm lượng chất xúc tác, tốc độ khuấy,
nồng độ ban đầu thuốc nhuộm MO trong nghiên cứu này dẫn đến hai kết luận đó là
chất xúc tác ZnO/C có hiệu suất phân hủy thuốc nhuộm MO cao hơn so với than

hoạt tính khi chưa có ZnO và điều kiện tối ưu để phân húy thuốc nhuộm trong được

xác định pH = 6, nồng độ cùa chất xúc tác là 200 mg-L’1, nồng độ MO 10 mg-L’1,

khuấy dung dịch trong mơi trường khơng khí thì cho hiệu suất phân hủy MO tốt.

Đặc tính phân hủy thuốc nhuộm của chất xúc tác ZnO/C cũng được thể hiện trong

cơng trình nghiên cứu của Ming-Chien Hung và cộng sự [36], trong phản ứng phân


16

hủy acrolein băng vật liệu ZnO/C. Kêt quả nghiên cứu cho thây vật liệu ZnO/C có

thể loại bở 45 % acrolein thơng qua q trình quang phân húy. Vật liệu Fe2O3/C

cũng đuợc nghiên cứu trong cơng trình [37], sử dụng acid red B với vai trị chất ơ
nhiễm hữu cơ, có bổ sung H2O2 để tạo ra gốc tự do có khả năng oxi hóa. Kết quả
cho thấy Fe2O3 có kích thước hạt nhở, phân tán cao trên carbon, xúc tác này loại bở
được acid red B với hiệu suất đạt 43 % trên tổng số carbon hữu cơ (TOC). Gốc tự
do 'OH hoạt động có vai trị làm phân huỷ acid red B. Phân tích phổ FTIR chỉ ra

rằng sự phân huỷ acid red B do sự phân cắt -N=N-, tiếp theo là q trình hydroxyl
hóa và mở vịng phenyl để tạo thành acid béo và sau đó tiếp tục oxy hóa axit béo đề

tạo ra co2 và H2O. Hơn nữa, Fe2O3/C được sử dụng lại 4 lần nhưng tính năng của
nó khơng mất, điều đó cho thấy Fe2O3/C có độ ổn định lâu dài, là một chất xúc tác

dị thể có tiềm năng. Zukhra c. Kadirova và cộng sự [38] đã thử hoạt tính hấp phụ
và quang xúc tác phân hủy methylene blue của Fe2O3/C dạng hạt. Vật liệu Fe2O3/C

được điều chế bằng cách ngâm tẩm than hoạt tính bằng dung dịch iron (III) nitrate
sau đó đun nóng ở 250°C. Mầu chứa hàm lượng Fe là 17 % trong Fe2O3/C với diện

tích bề mặt Sbet lên đến 1000 m2-g_1 và vơ định hình. Phân hủy quang methylene

blue cùa Fe2O3/C dưới ánh sáng uv trong dung dịch oxalate. Việc ngâm tẩm các
mẫu làm giảm giá trị diện tích bề mặt, do đó khả năng hấp phụ và hằng số tốc độ

phân hủy quang giảm nhưng lượng MB được phân loại quang khá cao. Điều kiện thí
nghiệm tiêu chuẩn dựa trên nồng độ methylene blue (Co = 0,08 mM), nồng độ dung

dịch oxalate tối ưu nằm trong khoảng (Co = 0,43 - 0,98 mM), hàm lượng mẫu 100
mg-L'1, pH = 3. Vật liệu Fe2O3/C có chi phí rẻ, diện tích bề mặt riêng cao, sự phân

bố của các hạt Fe2O3 đồng đều trong cấu trúc của chất hấp thụ, độ ổn định cao, tốc
độ phân hủy cao, có khả năng tái sinh, ứng dụng tia cực tím và ánh sáng mặt trời.

Hao Zhang và cộng sự [39] đà thành cồng trong việc loại bỏ MO ra khỏi dung dịch

nước bằng chất xúc tác dạng gel cellulose/Fe2O3. Gel cellulose/Fe2O3 được điều chế
bàng phương pháp sol - gel. Đầu tiên cho dung dịch hỗn hợp LiOH/urea/ H2O theo

tỉ lệ 7 : 12 : 81 về khối lượng được làm lạnh -12°c, đồng thời cho thêm cellulose

vào và khuấy trong 3 phút. Kết quả nghiên cứu này, đã chế tạo thành công dạng gel
cellulose/Fe2O3 bằng cách tổng hợp các hạt nano Fe2O3 từ tính trong gel cellulose,


17

sự tương tác giữa các hạt nano Fe2O3 và cellulose có thê giúp các hạt nano Fe2O3

khơng bị loại bỏ khỏi gel cellulose ở trạng thái ướt. Gel cellulose/Fe2O3 có cấu trúc

xốp và diện tích bề mặt lớn giúp tăng khả năng hấp phụ cùa MO. Các lồ trống trong
thành chuỗi cellulose được bao bọc bởi các phân tử MO và các nhóm OH' của
cellulose đóng vai trị quan trọng trong phân hủy MO. Sự phân hủy MO phụ thuộc

vào nồng độ MO ban đầu và thời gian tiếp xúc. Có thể kết luận, chất xúc tác dạng
gel cellulose/Fe2O3 có thể hấp phụ để loại bỏ MO ra khỏi nước.

Từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi chọn đề tài: “Khảo sát loại bỏ các ion
Fe, Zn trong dung dịch nước bằng cãy Cyperus alternifolius (Thuỷ trúc) và chế
tạo vật liệu xúc tác từ bã thải sau xử lí" làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ

chuyên ngành Hoá vô cơ.